W tym artykule omówiona zostanie architektura procesora ARM Cortex A7. Oparte na nim półprzewodniki można znaleźć w smartfonach, routerach, tabletach i innych urządzeniach mobilnych, gdzie do niedawna zajmowała wiodącą pozycję w tym segmencie rynku. Teraz jest stopniowo zastępowany przez nowsze i świeższe rozwiązania procesorowe.
Krótka informacja o ARM
Historia ARM rozpoczęła się w 1990 roku, kiedy została założona przez Robina Saxby'ego. Podstawą jego powstania była nowa architektura mikroprocesorowa. Jeśli wcześniej dominującą pozycję na rynku procesorów zajmował x86 lub CISC, to po powstaniu tej firmy pojawiła się godna alternatywa w postaci RISC. W pierwszym przypadku wykonanie kodu programu zostało zredukowane do 4 etapów:
- Pobierz instrukcje dotyczące maszyny.
- Wykonywanie konwersji mikrokodu.
- Uzyskiwanie mikroinstrukcji.
- Wykonywanie mikroinstrukcji krok po kroku.
Główną ideą architektury RISС było to, że przetwarzanie kodu programu można zredukować do 2 etapów:
- Pobierz instrukcje RISC.
- Przetwarzanie instrukcji RISC.
Zarówno w pierwszym, jak iw drugim przypadku są zarówno plusy, jak i znaczące wady. x86 z powodzeniem podbił rynek komputerów, a RISC (w tym ARM Cortex A7, wprowadzony w 2011 r.) - rynek urządzeń mobilnych.
Historia pojawienia się architektury Cortex A7. Kluczowe cechy
Cortex A8 służył jako podstawa Cortex A7. Główną ideą twórców w tym przypadku było zwiększenie wydajności i znaczne poprawienie efektywności energetycznej rozwiązania procesorowego. To właśnie stało się ostatecznie z inżynierami z ARM. Inną ważną cechą w tym przypadku było to, że stało się możliwe stworzenie procesora z technologią big. LITTLE. Oznacza to, że kryształ półprzewodnikowy może zawierać 2 moduły obliczeniowe. Jeden z nich miał na celu rozwiązywanie najprostszych zadań przy minimalnym zużyciu energii i z reguły w tej roli działały rdzenie Cortex A7. Drugi został zaprojektowany do uruchamiania najbardziej złożonego oprogramowania i opierał się na jednostkach obliczeniowych Cortex A15 lub Cortex A17. Oficjalnie „Cortex A7” został zaprezentowany, jak wspomniano wcześniej, w 2011 roku. Otóż pierwszy procesor ARM Cortex A7 został wydany rok później, czyli w 2012 roku.
Technologia produkcji
Początkowoprodukty półprzewodnikowe na bazie A7 zostały wyprodukowane zgodnie ze standardami technologicznymi 65 nm. Teraz ta technologia jest beznadziejnie przestarzała. Następnie wydano dwie kolejne generacje procesorów A7 zgodnie ze standardami tolerancji 40 nm i 32 nm. Ale teraz stały się nieistotne. Najnowsze modele procesorów oparte na tej architekturze są już produkowane zgodnie ze standardami 28 nm i to właśnie one wciąż można znaleźć w sprzedaży. Trudno oczekiwać dalszego przejścia do nowszych procesów technologicznych z nowymi standardami tolerancji i przestarzałą architekturą. Chipy oparte na A7 zajmują obecnie najbardziej budżetowy segment rynku urządzeń mobilnych i są stopniowo zastępowane przez gadżety oparte na A53, które przy prawie takich samych parametrach energooszczędności mają wyższy poziom wydajności.
Architektura rdzenia mikroprocesora
1, 2, 4 lub 8 rdzeni może być częścią procesora opartego na ARM Cortex A7. Charakterystyka procesorów w tym drugim przypadku wskazuje, że chip składa się w zasadzie z 2 klastrów po 4 rdzenie. Przez 2-3 lata procesory klasy podstawowej były oparte na chipach z 1 lub 2 modułami obliczeniowymi. Środkowy poziom zajmowały rozwiązania 4-rdzeniowe. Cóż, segment premium był za chipami 8-rdzeniowymi. Każdy rdzeń mikroprocesora oparty na tej architekturze zawierał następujące moduły:
- Jednostka zmiennoprzecinkowa (FPU).
- Poziom gotówki 1.
- Blok NEON do optymalizacji procesora.
- Moduł obliczeniowy ARMv7.
Były również następujące wspólnekomponenty dla wszystkich rdzeni w CPU:
- Gotówka L2.
- Rdzeń jednostki sterującej CoreSight.
- Kontroler magistrali danych AMBA o pojemności 128 bitów.
Możliwe częstotliwości
Maksymalna częstotliwość taktowania dla tej architektury mikroprocesorowej może wynosić od 600 MHz do 3 GHz. Należy również zauważyć, że ten parametr, który wskazuje maksymalny wpływ na wydajność systemu obliczeniowego, jest różny. Ponadto na częstotliwość wpływają jednocześnie trzy czynniki:
- Poziom złożoności rozwiązywanego problemu.
- Stopień optymalizacji oprogramowania pod kątem wielowątkowości.
- Aktualna wartość temperatury kryształu półprzewodnika.
Jako przykład rozważ algorytm układu MT6582, który jest oparty na A7 i zawiera 4 jednostki obliczeniowe, których częstotliwość waha się od 600 MHz do 1,3 GHz. W trybie bezczynności to urządzenie procesorowe może mieć tylko jedną jednostkę obliczeniową i działa z najniższą możliwą częstotliwością 600 MHz. Podobna sytuacja wystąpi, gdy na gadżecie mobilnym zostanie uruchomiona prosta aplikacja. Ale gdy na liście zadań pojawi się zabawka wymagająca dużych zasobów z optymalizacją pod kątem wielowątkowości, automatycznie zaczną działać wszystkie 4 bloki przetwarzania kodu programu z częstotliwością 1,3 GHz. Gdy procesor się nagrzewa, najgorętsze rdzenie obniżą wartość częstotliwości lub nawetwyłączyć. Z jednej strony takie podejście zapewnia efektywność energetyczną, a z drugiej strony akceptowalny poziom wydajności chipa.
Pamięć podręczna
W ARM Cortex A7 dostępne są tylko 2 poziomy pamięci podręcznej. Z kolei cechy kryształu półprzewodnikowego wskazują, że pierwszy poziom jest z konieczności podzielony na 2 równe połówki. Jeden z nich powinien przechowywać dane, a drugi - instrukcje. Całkowity rozmiar pamięci podręcznej na 1. poziomie zgodnie ze specyfikacją może wynosić 64 KB. W efekcie otrzymujemy 32 KB na dane i 32 KB na kod. Pamięć podręczna drugiego poziomu w tym przypadku będzie zależeć od konkretnego modelu procesora. Jego najmniejsza objętość może wynosić 0 MB (czyli nieobecna), a największa - 4 MB.
Kontroler pamięci RAM. Funkcje
Wbudowany kontroler pamięci RAM jest dostarczany z dowolnym procesorem ARM Cortex A7. Charakterystyka planu technicznego wskazuje, że jest on nastawiony na pracę w połączeniu z pamięcią RAM LPDDR3. Zalecane częstotliwości pracy pamięci RAM w tym przypadku to 1066 MHz lub 1333 MHz. Maksymalny rozmiar pamięci RAM, jaki można znaleźć w praktyce dla tego modelu układu, to 2 GB.
Zintegrowana grafika
Zgodnie z oczekiwaniami te urządzenia mikroprocesorowe mają zintegrowany podsystem graficzny. ARM zaleca użycie własnej karty graficznej Mali-400MP2 z tym procesorem. Jednak jego wydajność często nie wystarcza, aby uwolnić potencjałurządzenie mikroprocesorowe. Dlatego projektanci układów stosują w połączeniu z tym układem bardziej wydajne adaptery, na przykład Power VR6200.
Funkcje oprogramowania
Trzy rodzaje systemów operacyjnych są przeznaczone dla procesorów ARM:
- Android od giganta wyszukiwania Google.
- iOS od APPLE.
- Windows Mobile firmy Microsoft.
Wszystkie inne oprogramowanie systemowe nie zostało jeszcze rozpowszechnione. Największy udział w rynku takiego oprogramowania, jak można się domyślać, ma Android. System ten ma prosty i intuicyjny interfejs, a oparte na nim urządzenia klasy podstawowej są bardzo, bardzo przystępne. Do wersji 4.4 włącznie był 32-bitowy, a od 5.0 zaczął obsługiwać obliczenia 64-bitowe. Ten system operacyjny z powodzeniem działa na dowolnej rodzinie procesorów RISC, w tym na ARM Cortex A7. Menu inżynierskie to kolejna ważna funkcja tego oprogramowania systemowego. Z jego pomocą możesz znacznie zmienić konfigurację możliwości systemu operacyjnego. Dostęp do tego menu można uzyskać za pomocą kodu, który jest indywidualny dla każdego modelu procesora.
Kolejną ważną funkcją tego systemu operacyjnego jest automatyczna instalacja wszystkich możliwych aktualizacji. Dlatego na układach z rodziny ARM Cortex A7 mogą pojawić się nawet nowe funkcje. Oprogramowanie układowe może je dodać. Drugi system skierowany jest do gadżetów mobilnych APPLE. Takie urządzenia zajmują głównie segment premium i mają odpowiedni poziom wydajności i kosztów. Najnowszy system operacyjny w obliczu Windows Mobile jeszcze nie otrzymałświetna dystrybucja. Urządzenia na nim oparte są w każdym segmencie gadżetów mobilnych, ale niewielka ilość oprogramowania aplikacyjnego w tym przypadku zniechęca do jego dystrybucji.
Modele procesorów
Najbardziej przystępne i najmniej wydajne w tym przypadku są chipy 1-rdzeniowe. Najbardziej rozpowszechnionym wśród nich był MT6571 od MediaTek. Na wyższym poziomie są dwurdzeniowe procesory ARM Cortex A7. Przykładem jest MT6572 tego samego producenta. Jeszcze wyższy poziom wydajności zapewnił Quad Core ARM Cortex A7. Najpopularniejszym chipem z tej rodziny jest MT6582, który teraz można znaleźć nawet w gadżetach mobilnych klasy podstawowej. Cóż, najwyższy poziom wydajności zapewniły 8-rdzeniowe procesory centralne, do których należał MT6595.
Dalsze perspektywy rozwoju
Do tej pory na półkach sklepowych wciąż można znaleźć urządzenia mobilne oparte na urządzeniu z procesorem półprzewodnikowym opartym na 4X ARM Cortex A7. Są to MT6580, MT6582 i Snapdragon 200. Wszystkie te chipy zawierają 4 jednostki obliczeniowe i mają doskonały poziom wydajności energetycznej. Również koszt w tym przypadku jest bardzo, bardzo skromny. Jednak najlepsze czasy tej architektury mikroprocesorowej mamy już za sobą. Szczyt sprzedaży opartych na nim produktów przypadał na lata 2013-2014, kiedy praktycznie nie miał alternatywy na rynku gadżetów mobilnych. Co więcej, w tym przypadku mówimy o urządzeniach budżetowych z 1 lub 2moduły obliczeniowe oraz flagowe gadżety z 8-rdzeniowym procesorem. W tej chwili jest stopniowo wypierany z rynku przez Cortex A53, który jest zasadniczo zmodyfikowaną 64-bitową wersją A7. Jednocześnie całkowicie i całkowicie zachowała główne zalety swojego poprzednika, a przyszłość zdecydowanie należy do niej.
Opinia ekspertów i użytkowników. Prawdziwe recenzje chipów opartych na tej architekturze. Mocne i słabe strony
Z pewnością pojawienie się architektury urządzeń mikroprocesorowych ARM Cortex A7 stało się znaczącym wydarzeniem dla świata urządzeń mobilnych. Najlepszym tego dowodem jest to, że oparte na nim urządzenia sprzedają się z powodzeniem od ponad 5 lat. Oczywiście teraz możliwości procesora opartego na A7 nie są już wystarczające nawet do rozwiązywania zadań średniego poziomu, ale najprostszy kod programu na takich chipach nadal działa pomyślnie. Lista takiego oprogramowania obejmuje odtwarzanie wideo, słuchanie nagrań audio, czytanie książek, surfowanie po Internecie, a nawet najprostsze zabawki w tym przypadku uruchomią się bez żadnych problemów. Na tym skupiają się wiodące portale tematyczne poświęcone gadżetom i urządzeniom mobilnym, zarówno czołowi tego typu eksperci, jak i zwykli użytkownicy. Kluczową wadą A7 jest brak obsługi przetwarzania 64-bitowego. Cóż, jego główne zalety to idealne połączenie efektywności energetycznej i wydajności.
Wyniki
Z pewnością architektura ARM Cortex A7 to całośćera w świecie urządzeń mobilnych. To właśnie wraz z pojawieniem się urządzeń mobilnych stały się przystępne cenowo i dość wydajne. A sam fakt, że jest sprzedawany z powodzeniem od ponad 5 lat, jest kolejnym tego potwierdzeniem. Ale jeśli początkowo oparte na nim gadżety zajmowały średni i premium segment rynku, teraz pozostaje im tylko klasa budżetowa. Ta architektura jest przestarzała i stopniowo odchodzi w przeszłość.
