Quais são o braço da CPU e substitua x86 (Intel)?

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Todo mundo está adotando o ARM atualmente: Amazon e Apple estão fornecendo CPUs internas com incríveis melhorias de desempenho, e há rumores de que a Microsoft está desenvolvendo seus próprios. O ARM tem sido historicamente usado para chips móveis de baixa potência, então por que exatamente o ARM esmaga o x86 no espaço de desktop e servidor?

índice

  1. Todo mundo vai para o ARM hoje em dia
  2. Qual é a diferença entre ARM e x86?
  3. Mas como o ARM funciona mais rápido?
  4. ARM substitui x86?

Todo mundo vai para o ARM hoje em dia

O mundo dos processadores é uma indústria complexa e apenas alguns projetos de algumas empresas podem competir no topo do desempenho. Normalmente, a Intel ou a AMD detém a coroa de desempenho e ambas produzem CPUs x86. Mas, recentemente, CPUs baseadas em ARM da Apple e da Amazon têm causado dificuldades à Intel (e à arquitetura x86).

A Amazon tem sua própria CPU Graviton2, que não é mais rápida que os servidores da Intel, mas é mais barata e consome menos energia. Com o quanto isso foi melhorado em relação ao Graviton1, sua próxima iteração provavelmente será uma dura competição por espaço no servidor.

A Apple acertou em cheio com sua primeira CPU não móvel, o processador Apple Silicon M1, que roda mais rápido que as CPUs de desktop da Intel e quase tão rápido quanto a série Ryzen 5000 da AMD, a coroa de desempenho atual. É o silício personalizado que torna os Macbooks da Apple os laptops mais rápidos do mundo hoje, para grande desgosto dos entusiastas de PC (inclusive eu).

Na verdade, eles estão tão à frente no espaço do laptop que o Windows no Macbook M1 é mais rápido que o Surface Pro X, embora o Windows no ARM seja executado apenas por meio de um emulador. E como se isso não fosse humilhante o suficiente, ele absolutamente o esmaga com uma pontuação Geekbench Single-Core de 1.390 em comparação com o 802 do Surface, o que é ridiculamente negativo em comparação. O M1 é muito rápido.

A Microsoft também está desenvolvendo seu próprio processador ARM interno e, embora esse boato venha do espaço do servidor Azure, eles provavelmente usariam o mesmo chip para o Surface se pudessem igualar o desempenho da Apple.

Qual é a diferença entre ARM e x86?

No final do dia, não há muita diferença entre ARM e x86. Você ainda pode executar o Google Chrome e assistir ao YouTube em ambos. Na verdade, você pode conseguir agora, já que quase todos os Androids e todos os iPhones usam um processador baseado em ARM.

A maior diferença para a maioria das pessoas é que os aplicativos mais antigos baseados em x86 precisarão ser recompilados para rodar em ARM também. Para algumas coisas isso é fácil, mas nem tudo será suportado, especialmente software legado. No entanto, isso também pode ser executado usando a emulação x86, que o Windows está começando a oferecer.

Para os desenvolvedores, há muitas diferenças na forma como os aplicativos são compilados, mas a maioria dos compiladores hoje faz um bom trabalho ao oferecer suporte a conjuntos de instruções importantes e você não precisa fazer muitas alterações para compilar para várias plataformas.

Mas como o ARM funciona mais rápido?

Para responder a essa pergunta, precisaremos nos aprofundar em como as CPUs funcionam sob o capô.

ARM e x86 são ambos conjuntos de instruções , também conhecidos como arquiteturas, que são basicamente uma lista de "programas" de microcódigo compatíveis com a CPU. É por isso que você não precisa se preocupar em executar um aplicativo Windows em uma CPU AMD ou Intel específica; Ambos são CPUs x86 e, embora os designs exatos sejam diferentes (e se comportem de maneira diferente), ambos suportam as mesmas instruções. Isso significa que qualquer programa compilado para x86 geralmente suporta ambas as CPUs.

As CPUs basicamente executam operações em sequência, como uma máquina que recebe uma lista de tarefas a serem executadas. Cada declaração é conhecida como um opcode, e arquiteturas como x86 têm muitos opcodes, especialmente considerando que eles existem há décadas. Devido a essa complexidade, o x86 é conhecido como "Conjunto de Instruções Complexas" ou CISC.

As arquiteturas CISC geralmente adotam a abordagem de design de empacotar muitas coisas em uma única instrução. Por exemplo, uma instrução de multiplicação pode mover dados de um banco de memória para um registrador, então realizar as etapas de multiplicação e embaralhar os resultados na memória. Tudo em uma instrução.

No entanto, sob o capô, esta instrução se divide em muitas "micro-operações", que são executadas pela CPU. A vantagem do CISC é o uso de memória e, como era um prêmio no passado, o CISC era melhor.

No entanto, este não é mais o gargalo, e é aí que entra o RISC. O RISC, ou conjunto de instruções reduzido, basicamente elimina instruções complexas de várias partes. Cada instrução pode ser executada principalmente em um único ciclo de clock, embora muitas operações longas tenham que esperar por resultados de outras áreas da CPU ou da memória.

Embora isso pareça inverso, tem enormes implicações para o design da CPU. As CPUs devem carregar todas as suas instruções da RAM e executá-las o mais rápido possível. Acontece que é muito mais fácil fazer isso quando você tem muitas instruções simples do que muitas instruções complexas. A CPU funciona mais rápido quando o buffer de instruções pode ser preenchido, e isso é muito mais fácil de fazer quando as instruções são menores e mais fáceis de processar.

O RISC também tem o benefício de algo chamado execução fora de ordem, ou OoOE. Basicamente, a CPU possui uma unidade interna que reordena e otimiza as instruções recebidas. Por exemplo, se um aplicativo precisa calcular duas coisas, mas elas não dependem uma da outra, a CPU pode fazer as duas coisas em paralelo. O código paralelo geralmente é muito complicado para os desenvolvedores escreverem, mas em níveis de CPU mais baixos você pode usar multitarefa para acelerar as coisas. O chip Apple M1 usa OoOE com excelentes resultados.

Se você estiver interessado no funcionamento interno, leia este artigo incrível de Erik Engheim sobre o que torna o chip Apple M1 tão rápido. Em resumo, ele faz uso pesado de silício especializado, execução fora de ordem e muitos outros decodificadores de instruções para suportar sua velocidade.

ARM substitui x86?

A resposta honesta é provavelmente. A Intel vem sentindo o fim da Lei de Moore há anos e, embora a AMD tenha conseguido dar saltos no desempenho nos últimos anos, eles não estão muito à frente.

Isso não quer dizer que o x86 vai morrer tão cedo, mas está claro que o ARM tem mais potencial do que apenas ser uma arquitetura móvel, um estigma que não é mais verdadeiro, dada a direção atual da indústria. Os benefícios das arquiteturas RISC são óbvios e com o quanto o chip Apple M1 melhorou, o futuro da indústria parece promissor.

Além disso, o ARM não é a única arquitetura RISC disponível. Ele permanece proprietário, embora a ARM licencie seus projetos para designers externos, como Qualcomm, Samsung e Apple. O RISC-V é de código aberto e igualmente promissor. É uma arquitetura de conjunto de instruções padronizada, deixando as implementações exatas para o fabricante. Se a indústria avançar para o RISC em geral, tanto as implementações de código aberto quanto de código fechado estarão disponíveis.

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A família x86 agrupa os microprocessadores compatíveis com o conjunto de instruções Intel 8086. Portanto, x86 representa esse conjunto de instruções e também é um nome genérico dado aos microprocessadores correspondentes.

O que significa arquitetura x86?

O pacote x86 é para Windows de 32 bits e o pacote x64 é para Windows de 64 bits.

Quais são as arquiteturas x86 e x64?

x64 (também conhecido como x86_64 e AMD64) é a versão de 64 bits do conjunto de instruções x86 . Ele suporta uma quantidade muito maior de memória virtual e memória física do que seus predecessores, permitindo que os programas armazenem grandes quantidades de dados na memória.

O que significa computação x86?

O x86 é uma família de instruções de processamento agrupadas em um conjunto conhecido como arquitetura. Este foi desenvolvido pela Intel com base no microprocessador 8086 e sua variante mais importante, o 8088, no final dos anos 1970.

O que significa x86 de 32 bits?

A origem de 32 bits em CPUs x86

A arquitetura x86 é originalmente uma arquitetura de 16 bits que começou com a série 8086/8088. A primeira vez que a Intel implementou uma versão de 32 bits da arquitetura foi no 80386.

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