Android est capable de fonctionner sur trois types différents d’architecture de processeur: Arm, Intel et MIPS. Le premier est l’architecture omniprésente d’aujourd’hui après qu’Intel a abandonné ses processeurs de combiné, tandis que les processeurs MIPS pour téléphones n’ont pas été vus depuis des années. Arm est l’architecture du processeur utilisée par tous les smartphones modernes dans les écosystèmes Android et Apple. Les processeurs Arm font également leur entrée sur le marché des PC via Windows on Arm et les prochains processeurs personnalisés Apple pour Mac. Avec la guerre des processeurs Arm vs Intel sur le point de chauffer, voici tout ce que vous devez savoir sur Arm vs x86.
Architecture du CPU expliquée
L’unité centrale de traitement (CPU) est le «cerveau» de votre appareil, mais ce n’est pas vraiment intelligent. Une CPU ne fonctionne que si elle reçoit des instructions très spécifiques – appelées de manière appropriée le jeu d’instructions – qui indiquent au processeur de déplacer les données entre les registres et la mémoire ou d’effectuer un calcul à l’aide d’une unité d’exécution spécifique (telle que la multiplication ou la soustraction). Les blocs matériels CPU uniques nécessitent des instructions différentes. Ceux-ci ont tendance à évoluer avec des processeurs plus complexes et plus puissants. Les instructions souhaitées peuvent également éclairer la conception matérielle, comme nous le verrons dans un instant.
Qu’est-ce qu’un SoC? Tout ce que vous devez savoir sur les chipsets de smartphone
Les applications qui s’exécutent sur votre téléphone ne sont pas écrites dans les instructions du processeur; ce serait de la folie avec les grandes applications multiplateformes d’aujourd’hui qui fonctionnent sur une variété de puces. Au lieu de cela, les applications écrites dans divers langages de programmation de niveau supérieur (comme Java ou C ++) sont conformes pour des jeux d’instructions spécifiques afin qu’elles s’exécutent correctement sur les processeurs Arm ou x86. Ces instructions sont ensuite décodées en opérations de microcode au sein du CPU, ce qui nécessite de l’espace et de la puissance en silicium. Si vous voulez la CPU la plus faible, il est primordial de garder le jeu d’instructions simple. Cependant, des performances plus élevées peuvent être obtenues à partir d’un matériel et d’instructions plus complexes au détriment de l’énergie. Il s’agit d’une différence fondamentale entre les approches d’Arm et d’Intel en matière de conception de CPU.
x86 vise traditionnellement des performances de pointe, l’efficacité énergétique des bras
Le bras est basé sur RISC (Reduced Instruction Set Computing) tandis qu’Intel (x86) est CISC (Complex Instruction Set Computing). Les instructions du processeur d’arm sont raisonnablement atomiques, avec une corrélation très étroite entre le nombre d’instructions et de micro-opérations. Le CISC, en comparaison, propose de nombreuses autres instructions, dont beaucoup exécutent plusieurs opérations (telles que des mouvements de données et des mathématiques optimisés). Cela conduit à de meilleures performances, mais à plus de consommation d’énergie décodant ces instructions complexes.
Ce lien entre les instructions et la conception matérielle du processeur est ce qui fait une architecture CPU. De cette façon, les architectures de CPU peuvent être conçues à des fins différentes, telles que la compression extrême des nombres, la faible consommation d’énergie ou la zone de silicium minimale. C’est une différence clé lorsque l’on regarde Arm vs x86 en termes de CPU, car le premier est basé sur une puissance, un jeu d’instructions et un matériel inférieurs.
Architectures CPU 64 bits modernes
Aujourd’hui, les architectures 64 bits sont courantes sur les smartphones et les PC, mais cela n’a pas toujours été le cas. Les téléphones n’ont pas fait le changement avant 2012, environ une décennie après les PC. En résumé, le calcul 64 bits exploite des registres et des adresses mémoire suffisamment grands pour utiliser des types de données de 64 bits (1 s et 0 s). En plus du matériel et des instructions compatibles, vous avez également besoin d’un système d’exploitation 64 bits, comme Android.
Les vétérans de l’industrie se souviennent peut-être du hoopla quand Apple a présenté son premier processeur 64 bits avant ses rivaux Android. Le passage au 64 bits n’a pas transformé l’informatique au quotidien. Cependant, il est important d’exécuter l’efficacité mathématique lors de l’utilisation de nombres à virgule flottante de haute précision. Les registres 64 bits améliorent également la précision du rendu 3D, la vitesse de cryptage et simplifient l’adressage de plus de 4 Go de RAM.
Aujourd’hui, les deux architectures prennent en charge 64 bits, mais elles sont plus récentes sur mobile
Les PC sont passés au 64 bits bien avant les smartphones, mais ce n’est pas Intel qui a inventé l’architecture x86-64 moderne (également connue sous le nom de x64). Cette distinction appartient à l’annonce d’AMD de 1999, qui a modernisé l’architecture x86 existante d’Intel. L’architecture alternative IA64 Itanium d’Intel a été abandonnée.
Arm a présenté son architecture ARMv8 64 bits en 2011. Plutôt que d’étendre son jeu d’instructions 32 bits, Arm propose une implémentation propre 64 bits. Pour ce faire, l’architecture ARMv8 utilise deux états d’exécution, AArch32 et AArch64. Comme leur nom l’indique, l’un sert à exécuter du code 32 bits et l’autre à 64 bits. La beauté de la conception ARM est que le processeur peut facilement passer d’un mode à l’autre pendant son exécution normale. Cela signifie que le décodeur pour les instructions 64 bits est une nouvelle conception qui n’a pas besoin de maintenir la compatibilité avec l’ère 32 bits, mais le processeur dans son ensemble reste rétrocompatible.
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Arm’s Heterogeneous Compute séduit les mobiles
Les différences architecturales discutées ci-dessus expliquent en partie les succès et les problèmes actuels rencontrés par les deux mastodontes à puce. L’approche basse consommation d’Arm est parfaitement adaptée aux exigences de 3,5 W de la conception thermique (TDP) du mobile, mais les performances évoluent également pour s’adapter aux puces Intel. Pendant ce temps, le Core i7 100 W TDP d’Intel gagne gros dans les serveurs et les ordinateurs de bureau hautes performances, mais a toujours du mal à passer en dessous de 5 W. Découvrez la gamme douteuse Atom.
Bien sûr, nous ne devons pas non plus oublier le rôle que les processus de fabrication du silicium ont joué dans l’amélioration considérable de l’efficacité énergétique au cours de la dernière décennie. De manière générale, les transistors CPU plus petits consomment moins d’énergie. Intel a été bloqué en essayant de dépasser son processus interne de 14 nm en 2014. Pendant ce temps, les chipsets pour smartphones sont passés de 20 nm à 14, 10, et maintenant à 7 nm, avec 5 nm attendus en 2021. Cela a été réalisé simplement en tirant parti de la concurrence entre les fonderies Samsung et TSMC.
Cependant, une caractéristique unique de l’architecture d’Arm a été particulièrement déterminante pour maintenir un TDP bas pour les applications mobiles – le calcul hétérogène. L’idée est assez simple, construire une architecture qui permet à différentes parties du processeur (en termes de performances et de puissance) de travailler ensemble pour une meilleure efficacité.
La capacité d’Arm à partager les charges de travail entre les cœurs de processeur hautes et basses performances est une aubaine pour l’efficacité énergétique
Le premier coup de main de Arm à cette idée a été grand.LITTLE en 2011 avec le gros Cortex-A15 et le petit noyau Cortex-A7. L’idée d’utiliser des cœurs de processeur hors service plus gros pour les applications exigeantes et des conceptions de processeur en ordre de marche écoénergétiques pour les tâches d’arrière-plan est quelque chose que les utilisateurs de smartphones tiennent pour acquis aujourd’hui, mais il a fallu quelques tentatives pour aplanir la formule. Arm construit sur cette idée avec DynamIQ et l’architecture ARMAv8.2 en 2017, permettant à différents processeurs de s’asseoir dans le même cluster, partageant les ressources de mémoire pour un traitement beaucoup plus efficace. DynamIQ permet également la conception de CPU 2 + 6 qui est de plus en plus courante dans les puces de milieu de gamme.
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Les puces Atom rivales d’Intel, sans calcul hétérogène, ne pouvaient pas égaler l’équilibre de performances et d’efficacité d’Arm. Il faut attendre 2020 pour que les projets Intel Foveros, Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) et Hybrid Technolgy produisent une conception de puces concurrente: le Lakefield 10 nm. Lakefield combine un seul cœur Sunny Cove hautes performances avec quatre cœurs Tremont écoénergétiques, ainsi que des fonctionnalités graphiques et de connectivité. Cependant, même ce package est destiné aux ordinateurs portables connectés avec un TDP de 7 W, ce qui est encore trop élevé pour les smartphones.
Intel Lakefield avec technologie hybride utilise des principes de conception similaires à Arm’s big.
Aujourd’hui, Arm vs x86 est de plus en plus combattu dans le segment de marché des ordinateurs portables TDP de moins de 10 W, où Intel réduit et Arm évolue avec plus de succès. La nouvelle d’Apple selon laquelle il passera à ses propres puces Arm personnalisées pour Mac est un excellent exemple de la portée croissante des performances de l’architecture Arm, en partie grâce à l’informatique hétérogène et aux optimisations personnalisées apportées par Apple.
Cœurs de bras personnalisés et jeux d’instructions
Une autre distinction importante entre Arm et Intel est que ce dernier contrôle l’intégralité de son processus du début à la fin et vend ses puces directement. Arm vend simplement des licences. Intel conserve son architecture, sa conception de processeur et même sa fabrication entièrement en interne. Arm, en comparaison, propose une variété de produits à des partenaires comme Apple, Samsung et Qualcomm. Celles-ci vont des conceptions de base de processeur standard telles que le Cortex-A78, des conceptions construites en partenariat via son programme Arm CXC et des licences d’architecture personnalisée qui permettent à des entreprises comme Apple et Samsung de créer des cœurs de processeur personnalisés et même d’apporter des ajustements au jeu d’instructions.
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La construction de processeurs personnalisés est un processus coûteux et complexe, mais effectué correctement, il peut clairement donner des résultats puissants. Les processeurs d’Apple montrent comment le matériel et les instructions sur mesure rapprochent les performances d’Arm du x86 traditionnel. Bien que les cœurs Mongoose de Samsung aient été plus litigieux.
Au moment d’écrire ces lignes, le supercalculateur le plus puissant du monde, Fugaku, fonctionne sur Arm
L’architecture d’Intel reste en tête en termes de performances brutes dans l’espace matériel grand public. Mais Arm est désormais très compétitif dans les segments de produits où les hautes performances et l’efficacité énergétique restent essentielles, ce qui inclut le marché des serveurs. Au moment de la rédaction du présent document, le supercalculateur le plus puissant au monde fonctionne pour la première fois sur des cœurs Arm Arm. Son SoC A64FX est conçu par Fujitsu et le premier exécutant l’architecture Armv8-A SVE.
Compatibilité logicielle
Crédit: David Imel / Autorité Android
Comme nous l’avons mentionné précédemment, les applications et les logiciels doivent être compilés pour l’architecture CPU sur laquelle ils s’exécutent. Le mariage historique entre les processeurs et les écosystèmes (comme Android sur Arm et Windows sur x86) signifiait que la compatibilité n’était jamais vraiment un problème, car les applications n’avaient pas besoin de fonctionner sur plusieurs plates-formes et architectures. Cependant, la croissance des applications multiplateformes et des systèmes d’exploitation fonctionnant sur plusieurs architectures CPU modifie ce paysage.
Les Mac Apple basés sur Arm, Chrome OS de Google et Windows on Arm de Microsoft sont tous des exemples modernes où les logiciels doivent fonctionner sur les architectures Arm et Intel. La compilation de logiciels natifs pour les deux est une option pour les nouvelles applications et les développeurs désireux d’investir dans la recompilation. Pour combler les lacunes, ces plateformes s’appuient également sur l’émulation de code. En d’autres termes, traduire du code compilé pour une architecture de CPU à exécuter sur une autre. C’est moins efficace et dégrade les performances par rapport aux applications natives, mais une bonne émulation est actuellement possible pour garantir le fonctionnement des applications.
Après des années de développement, l’émulation Windows on Arm est dans un assez bon état pour la plupart des applications. La plupart des applications Android s’exécutent également sur les Chromebooks Intel. Nous devrons attendre et voir si les Macbooks Arm fonctionnent également.
Arm vs x86: le dernier mot
Au cours de la dernière décennie de la rivalité Arm vs x86, Arm s’est imposé comme le choix pour les appareils de faible puissance comme les smartphones. L’architecture progresse désormais également dans les ordinateurs portables et autres appareils nécessitant une efficacité énergétique améliorée. Malgré la perte des téléphones, les efforts d’Intel en matière de faible consommation d’énergie se sont également améliorés au fil des ans, Lakefield partageant désormais beaucoup plus de points communs avec les processeurs Arm traditionnels que l’on trouve dans les téléphones.
Cela dit, Arm et x86 restent nettement différents d’un point de vue technique et ils continuent d’avoir des forces et des faiblesses individuelles. Cependant, les cas d’utilisation des consommateurs entre les deux deviennent flous, les écosystèmes supportant de plus en plus les deux architectures. Pourtant, bien qu’il y ait un croisement dans la comparaison Arm vs x86, c’est Arm qui restera certainement l’architecture de choix pour l’industrie des smartphones dans un avenir prévisible.
June 28, 2020 at 01:33PM
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Explication des jeux d’instructions, de l’architecture et de plus de différences - Breakingnews.fr
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