ARMové procesory nastupují

V oblasti mobilních telefonů, respektive smartphonů a tabletů, se začaly ARMové procesory masově rozšiřovat zhruba před deseti lety. Jejich nástup významně ovlivnil vývoj a směr přenosných zařízení a brzy se tato technologie stala standardem.

Veškerá zařízení, jako jsou počítače, notebooky, tablety a smatphony, používají procesory neboli CPU, což je zkratka pro centrální procesorovou jednotku (central processing unit). Procesor odbavuje veškeré výpočetní procesy, respektive na jedné komponentně je pro tyto účely mnoho dílčích jednotek. Procesor dostává instrukce, provádí je a dodává výstupy. Dnešním standardem jsou přitom technologicky vyspělé procesory, které mají více jader. Takže je-li procesor de facto kolekcí jednotek na jednom čipu, vícejádrové procesory kombinují více CPU na jednom čipu. Proto jsou dnešní počítače nesrovnatelně výkonnější než jejich předchůdci před pár lety.

V oblasti stolních počítačů a notebooků se používají nejčastěji procesory od Intelu nebo AMD, které přinášejí optimální výkon, vyžadují stabilní napájení, často mají také dedikovaný grafický procesor a nezbytný je pro ně rovněž chladicí systém. Tyto procesory dobře zvládají multitasking, tedy jsou schopné provádět komplexní výpočty a současně dokážou zpracovávat další vstupy.

U mobilních zařízení je ale zapotřebí, aby byla přenosná, čili nemají takové možnosti napájení a často mají baterie s menší kapacitou než notebooky, také nemají prostor pro chladicí systémy, ale je nutné, aby zařízení bezchybně fungovalo rychle a spolehlivě. Od úsvitu éry mobilních telefonů, která přišla před 20 lety, jsou tyto předpoklady největší výzvou pro všechny výrobce. Je totiž jasné, že složitá konstrukce desktopových procesorů není přenosná do oblasti mobilních zařízení.Tradiční a dobře známou architekturu bylo proto nutné nahradit něčím vhodnějším. Jako ideální řešení se ukázaly ARMové procesory.

ARM jako spása mobilů

ARM neboli Advanced RISC Machine využívá zjednodušenou a energeticky méně náročnou metodu procesování. RICS, redukovaná výpočetní sada instrukcí (reduced instruction set computing), přitom není sama o sobě technologií, ale spíš designovým konceptem. ARMové procesory se vyznačují tím, že jsou navrženy tak, aby byly maximálně efektivní a zpracovávaly pouze instrukce, které lze odbavit během jednoho paměťového cyklu. Jednotky RICS používaly defaultně 32bitovou architekturu, což je standard, který už se u desktopových počítačů pomalu nepoužívá. To omezuje množství informací, které lze zpracovat během cyklu.

Koncept RICS byl původně vyvinut v 80. letech minulého století, ale v době svého vzniku neměl na trh prakticky žádný dopad. Za jejich vznikem je společnost ARM Holding, která ale přišla také s formátem komprimovaných instrukcí.

ARM Holdings sama žádné procesory nevyrábí. Místo toho firma zkomponuje technologii, vyvine standard instrukcí a pak tyto návrhy licencuje dalším výrobcům. To je důvod, proč existuje tolik variant procesorů ARM a proč každá z nich funguje trochu jinak a nelze je mezi sebou vlastně ani porovnávat. Původní návrhy RISC používaly 32bitovou architekturu, ale od roku 2011 zahrnuje ARM Holdings do svých návrhů podporu 64bitové architektury. To by bylo u RISC samo o sobě nedosažitelné a je to možné jen díky architektuře instrukční sady společnosti. Technický design procesorů ARM rovněž zjednodušuje výrobu a fyzický design.

Výrobci hardwaru platí ARM Holdings za základní technologii, ale pak ji přizpůsobí svým potřebám, požadavkům na software a konstrukci hardwaru.

Snížená složitost RISC jednotek znamená, že vyžadují méně tranzistorů na čipu. Obecně platí, že více tranzistorů znamená vyšší nároky na výkon a vyšší výrobní náklady, a tedy i maloobchodní náklady. Z tohoto důvodu jsou procesory ARM obvykle také levnější než tradiční stolní procesory. Jedním z úskalí ARMových procesorů je to, že software musí být navržen speciálně pro hardware ARM, a proto není kompatibilní nebo interoperabilní s jinými architekturami.

Nástup ARMových procesorů ve velkém stylu

Vzhledem k tomu, že jsou efektivní a levné, můžete na některých noteboocích najít procesory ARM. Řada chromebooků používá výhradně procesory ARM. Jelikož chromebooky provozují Chrome OS, nízkozdrojový operační systém založený na webovém prohlížeči Chrome, představují ARMové procesory ideální volbu. Velké haló ale způsobil Apple, který začal vyvíjet vlastní ARMové procesory a nedávno své M1 čipy ukázal v nové řadě zařízení.

M1 kromě výpočetních a grafických jader a pamětí zahrnuje řadu dalších součástí a obvodů specializovaných na strojové učení, zabezpečení, konektivitu apod. Apple jej ještě během listopadu loňského roku stihl zákazníkům nabídnout v novém Macu Mini a noteboocích MacBook Air a MacBook Pro (13″). Výkon výpočetní i grafické části je podle prvních dostupných informací velmi dobrý, a to i navzdory tomu, že např. MacBook Air je chlazený zcela pasivně. Velmi dobrá bude také energetická efektivita, a tudíž i výdrž při práci na baterie.

ARMu se tak začíná dostávat stále více pozornosti a ukazuje se, že jde o koncept, který může směle konkurovat tradičním procesorům. O tom svědčí vedle Applu také architektura Cortex-A78C, která byla vyvinuta pro nasazení v počítačích. Zajímavý příslib do budoucna přináší také dění kolem otevřené platformy RISC-V, kterou podporuje řada velkých technologických gigantů.

Autor textu: Michala Benešovská