Mikroprocesorska arhitektura ARM (2): Cortex-A

Način na koji ARM označava svoje proizvode je doveo do toga da se kod prosečnog korisnika javlja zbrka po pitanju prepoznavanja pojedinih modela

Primera radi, pojmovi ARM7, ARMv7 i ARM Cortex-A7 izgledaju slično, ali su njihove realizacije i značenja znatno različiti. Ista je stvar i sa hronologijom pojavljivanja na tržištu, pa bi velika većina ljudi bila spremna da se opkladi da su se mikroprocesori iz, recimo, porodice Cortex-A8 na tržištu pojavili nakon mikroprocesora Cortex-A7, a prava je istina da se ova potonja generacija pojavila celih šest godina posle prve. To su samo neki od razloga zbog kojih smo krenuli u seriju tekstova koja bi trebalo da malo demistifikuje najrasprostranjeniju hardversku platformu u dosadašnjoj računarskoj istoriji.

Pregled „klasične ARM ere” u prošlom broju završili smo sa predstavnicima generacije ARM11, odnosno uređajima koji su građeni na osnovu arhitekture ARMv6. Počevši od arhitekture ARMv7 (videćemo posle i to da je ARMv6 i dalje živ), završava se označavanje generacija mikroprocesora uvećavanjem broja za jedan i uvodi se sasvim novi sistem koji podrazumeva podelu na tri takozvana profila:

A – Application

R – Real-time

M – Microcontrollers

Profil „A” se odnosi na jezgra namenjena upotrebi u uređajima koji ciljaju na što bolje performanse, uz minimalnu potrošnju električne energije. Klasični predstavnici ove kategorije su mobilni telefoni, tableti, SBC uređaji, navigacije, netbook računari, set-top box-evi, multimedijalni plejeri i tako dalje. Oznaka arhitekture ARMv7-A nam govori da se radi o sedmoj mikroprocesorskoj arhitekturi koja pripada generaciji Cortex-A.

Mikroprocesori profila „R” nisu naročito poznati široj javnosti, ali to ne znači da su slabo zastupljeni. Reč je o uređajima koji poseduju određena poboljšanja važna za rad na zadacima gde je važna pouzdanost u eksploataciji. Primeri takvih okruženja su zahtevni tehnološki procesi, medicinska aparatura, robotika, avio i automobilska industrija, ali se sreću i kao važni delovi SSD uređaja, komunikacione opreme ili 5G modema u okviru mobilnih telefona. Po brzinama rada se nalaze negde između uređaja sa jezgrima Cortex-M i Cortex-A, ali imajuju neke karakteristike u kojima nadmašuju svoje rođake, kao što je, recimo, brza obrada hardverskih prekida ili zaštita od grešaka tokom rada.

Treća kategorija, profil „M”, odnosi se na mikrokontrolere. Oni predstavljaju kvantitativno najrasprostranjenije oblike mikroprocesorske tehnike, sa godišnjim obimima proizvodnje koji se broje u desetinama milijardi. Upravo je ARM arhitektura, zbog skromnih zahteva prema potrošnji električne energije, širokoj lepezi ponude, savremenim dizajnom, dobrim radnim performansama, niskoj ceni i povoljnim uslovima licenciranja – postala najraširenija 32-bitna arhitektura u ovom segmentu tržišta. Preko dve stotine kompanija je otkupilo licencu za proizvodnju ARM mikrokontrolera, dok je broj modela davno premašio cifru od tri hiljade. Iako dele mnoštvo karakteristika svoje snažnije braće, ARM mikrokontroleri, zbog potrebe za minijaturizacijom i smanjenjem potrošnje energije, rade na manjim brzinama, ali su i dalje po tom pitanju ispred konkurencije. Oznaka ARMv7-M označava sedmu generaciju ARM arhitekture namenjene mikrokontrolerima.

Cortex-A8

Generacija mikroprocesora Cortex-A dolazi u zamenu tada dominirajućim generacijama ARM9 i ARM11. Ciljno tržište su uređaji koji se u radu oslanjaju na operativne sisteme. Čast da se kao prva pojavi na tržištu je dobila serija jezgara Cortex-A8. Bilo je to za računarski svet sada daleke 2005. godine i u izradi je korišćena 65-nanometarska tehnologija, dok su se neke kasnije varijante izrađivale 45-nanometarskim procesom. Prilikom pojavljivanja na tržištu, brzina ovih procesora je bila dvostruko veća u odnosu na prethodnike. Naravno, u pitanju su 32-bitni mikroprocesori rađeni u skladu sa ARMv7-A arhitekturom.

Glavni „krivac” za povećanje performansi je bio novi dualni 13-stepeni skalarni dizajn instrukcijskog cevovoda (pipeline), koji je omogućavao izvršavanje dva DMIPS (Dhrystone MIPS) po megahercu (DMIPS/MHz). Keš prvog nivoa je podeljen na blok za podatke i instrukcije veličine po 32 kilobajta, dok se kapacitet keša drugog nivoa kreće u opsegu 64-512 kilobajta. Ne postoji podrška za out-of-order izvršavanje instrukcija. Brzine radnog takta se kreću od 300 megaherca do 1,3 gigaherca, uz potrošnju energije do 300 milivata. Ova generacija ne predviđa mogućnost rada sa više procesorskih jezgara. Na kristalu se našlo mesta za mnoštvo ekstenzija sa prethodnih generacija, kao što su Thumb-2 set instrukcija, Jazelle ili sistem povišene bezbednosti ThrustZone, ali i novi SIMD (Single Instruction Multiple Data) set instrukcija za paralelnu obradu podataka, sposoban da tokom izvođenja jedne mašinske naredbe obradi više linija sa podacima. U konkretnom slučaju, reč je o protočnom cevovodu širine deset linija, a programerima su na raspolaganje stavljena 32 64-bitna registra, koji se po potrebi mogu transformisati u 16 128-bitnih ekvivalenata. Ova tehnologija se kod ARM Cortex procesora naziva NEON i posebno je korisna pri obradi multimedijalnih sadržaja.

Cortex-A9

Sledeća inkarnacija ARMv7-A arhitekture pojavljuje se 2007. godine pod nazivom Cortex-A9. Radi se o generaciji koja donosi mogućnost korišćenja više procesorskih jezgara u okviru jednog čipa (MPCore), maksimalno četiri. Ovaj put je izvršavanje instrukcija povereno osmostepenom superskalarnom jezgru, koje podržava delimični out-of-order (vanredni) spekulativni način izvršenja i sposobno je da obradi do dve instrukcije po taktu. Pored ekstenzija koje je podržavala generacija A8 (Thumb-2, Jazelle, TrustZone, MMU), ovi mikroprocesori imaju 16, 32 ili 64 kilobajta keša prvog nivoa, podeljenog na blok za podatke i instrukcije, dok je keš drugog nivoa iznosio od 128 kilobajta pa do celih 8 megabajta. Novi L2 keš kontroler PL310 obezbeđuje skoro dvostruko veću propusnu moć u odnosu na prethodni L220.

Matematički koprocesor VFPv3 i SIMD set instrukcija se nude kao opcija. Sve nabrojeno je imalo za posledicu da Cortex-A9 postiže 50 odsto bolje rezultate od svog prethodnika, u radu na istom taktu i sa jednim jezgrom. Imajući u vidu brzinu od 2,5 DMIPS/MHz i radne frekvencije od 800 megaherca do dva gigaherca, reč je o generaciji koja i dan danas „nije za bacanje”. Dvojezgarni Appleov čip A5, zasnovan na Cortex-A8, ugrađivao se u iPhone 4S, iPad 2 i iPad Mini, a ova jezgra su korišćena i za izgradnju SoC Nvidia Tegra druge i treće generacije, kao i za Samsung Exynos 4, koji je ugrađivan u Galaxy S3 i (prvi) Galaxy Note.

Cortex-A5

Zadovoljni punom dominacijom njihovih mikroprocesora u mobilnom segmentu, inženjeri kompanije ARM se 2009. godine odlučuju na svojevrsnu regresiju, pa umesto da ponude novu generaciju još moćnijih procesora, idu u suprotnom pravcu i dizajniraju seriju Cortex-A5, sa ciljem da bude zamena generacijama ARM9 i ARM11. Iako nudeći vidan nazadak u performansama, ova generacija je pružila celokupan skup mogućnosti prethodne generacije, po znatno nižim cenama i sa manjom potrošnjom energije, dok je površina osnovnog kristala bila znatno manja od Cortex-A9 prethodnika. U slučaju korišćenja tehnološkog procesa od 28 nanometara i sa minimalnom veličinom keša od četiri kilobajta, veličina jezgra iznosi samo 0,2 kvadratna milimetra! Ciljna grupa su uređaji donjeg ranga cena, odnosno jeftini telefoni, tableti, audio i video-plejeri, pametni televizori, set-top boksovi i svi ostali uređaji kojima je za rad potreban jeftin, ali dovoljno moćan mikroprocesor.

Procesori ove generacije nasleđuju mogućnosti od svog prethodnika, ali uz brojne kompromise. Širina istovremenog dekodiranja je smanjena sa dve na jednu instrukciju, dok je broj protočnih linija instrukcijskog cevovoda ostao isti (osam), ali bez podrške za out-of-order izvršavanje mašinskih naredbi. Opciono je na raspolaganju novi, malo poboljšani VFPv4-D16 matematički koprocesor, koji ima šesnaest 64-bitnih FPU registara (umesto prethodnih 32). Sve to je dovelo do smanjenja brzine na 1,57 DMIPS/MHz, ali uz potrošnju manju za 50 odsto u odnosu na Cortex-A9. Veličina keša za instrukcije i podatke se kreće od četiri do 64 kilobajta (za svaki), dok je opciono moguće dodati unificirani keš drugog nivoa. Postoje varijante sa jednim jezgrom (UP), kao i one sa više njih (MP), maksimalno četiri.

Cortex-A15

Naredne godine (2010.) predstavljena je generacija A15, ali su se prvi predstavnici na tržištu pojavili sa više od dve godine zakašnjenja. Reč je o evoluciji Cortex-A9 jezgara koja sada poseduju 15 linija superskalarnog cevovoda za cele brojeve i 17-25 linija za brojeve sa pokretnim zarezom. Sve to ide uz širinu dekodiranja od tri instrukcije i podršku za spekulativno i out-of-order izvršavanje kôda. Uvedena je opcija klasterizacije, pa je moguće podići broj mikroprocesorskih jezgara do osam, i to tako da budu podeljena na dva bloka od po četiri jezgra. Dizajn podrazumeva po 32 kilobajta keša prvog nivoa za podatke i instrukcije, što se odnosi na svako pojedinačno jezgro. Brzi kontroler keša drugog nivoa obezbeđuje priključivanje do četiri megabajta ove memorije. SIMD instrukcije poznatije pod nayivom NEON dobijaju standardnu mogućnost rada sa podacima dužine 128 bita, dok koprocesor VFPv4 ima 32 registra veličine 64 bita. Adresni prostor se povećava na 40 bita, tako da je sada moguće adresirati do jednog terabajta memorije. Uvodi se i hardverska virtualizacija. Po rečima proizvođača, ova generacija u istim okolnostima postiže 40 odsto bolje rezultate od Cortex-A9. U zavisnosti od implementacije, A15 razvija brzinu od 3,5 do 4,1 DMIPS/MHz, što uz višeprocesorski dizajn i radne taktove do 2,5 gigaherca donosi lepe zalihe procesorske snage. Najpoznatiji predstavnici su Nvidia Tegra 4 i Samsung Exynos 5, koji je korišćen u većem broju njihovih telefona iz klase Galaxy S i Note, kao i za Chromebook računare.

Cortex-A7

Slično kao kod generacije Cortex-A5, razvojni tim kompanije ARM rešava da tržištu ponudi mikroprocesore kojima osnovni cilj neće biti podizanje brzinske lestvice, već smanjenje potrošnje energije, veličine i cene proizvodnje. Tako je Cortex-A7 dobio ulogu zamenika generacije Cortex-A8 sa dodatnom funkcijom da posluži kao „LITTLE” deo „big.LITTLE” arhitekture, u kombinaciji sa bržim Cortex-A15 jezgrima. Ukratko, „big.LITTLE” predstavlja dizajn u kome se istovremeno koriste snažnija jezgra sa većom potrošnjom i sporija jezgra sa manjom potrošnjom. Poslove uglavnom obavlja „LITTLE” deo, dok se u slučaju potrebe za procesorskom snagom uključuju „big” komponente. Dizajn karakteriše osmostepeni delimično superskalarni protočni cevovod sa širinom dekodiranja od dve in-order instrukcije i sa dinamičkom predikcijom grananja. Za razliku od A8, koristi koprocesor VFPv4, ali ima i dvostruko manji broj FPU registara (16). Veličina keša prvog nivoa je od osam pa do 64 kilobajta, odvojeno za podatke i instrukcije, dok se keš drugog nivoa kreće u opsegu 0-1024 kilobajta. Moguće je koristiti do osam jezgara na jednom čipu, podržana je hardverska virtualizacija. Ova generacija razvija brzinu od 1,9 DMIPS/MHz, što je mala degradacija u odnosu na A8, ali imajući u vidu da veličina kristala ovog procesora iznosi pola kvadratnog milimetra, oni se mogu posmatrati i kao brzinski unapređena varijanta generacije A5.

Cortex-A53 i Cortex-A57

Ova generacija mikroprocesora je konstruisana kao zamena za Cortex-A7 (A53) i Cortex-A15 (A57). Ovde se radi i o smeni generacija arhitekture, pa umesto 32-bitne ARMv7-A po prvi put imamo 32/64-bitnu ARMv8-A arhitekturu. To konkretno znači da ovi čipovi zadržavaju apsolutnu kompatibilnost sa 32-bitnim prethodnicima, ali za razliku od njih mogu izvršavati i 64-bitni (AArch64) kôd. Cortex-A53 ne samo da je uspeo da ponudi performanse bolje od generacije A7, već je skoro sustigao dosta naprednije Cortex-A9 procesore i pri tome ima za 40 odsto manje gabarite. Uz to, A53 troši mnogo manje energije i po tom osnovu je sličan generaciji A5.

Superskalarni cevovod ima osam nivoa sa širinom dekodiranja od dve in-order instrukcije, uz podršku uslovnoj i indirektnoj predikciji grananja. Ovo je slično modelu A7, pa je za napredak u performansama postignut sa novim dual-issue dizajnom (istovremena obrada dve instrukcije) i kvalitetnijim sistemom predviđanja grananja. Keš prvog nivoa se kreće u granicama od osam do 64 kilobajta, odvojeno za podatke i instrukcije, dok keš drugog nivoa ima ECC podršku i kreće se u opsegu od 128 kilobajta do dva megabajta. Cortex-A53 jezgra je moguće koristiti kako u „big” ulozi, tako i kao „LITTLE” pomoćnika. Moguće je povezivanje više istorodnih klastera, pa tako imamo SoC modele sa osam, 16 i 24 A53 jezgra. Procesori ovog tipa ostvaruju brzinu od oko 2,3 DMIPS/MHz.

Cortex-A57 je već „krupnija zverka” koja postiže dvostruko bolji rezultat: 4,1 – 4,6 DMIPS/MHz, u zavisnosti od konfiguracije. Ovde imamo duboki vanredni superskalarni spekulativni dizajn uz širinu obrade od tri instrukcije. Keš za podatke ima veličinu 32 kilobajta, dok je veličina keša instrukcija 48 kilobajta. Keš prvog nivoa ima 48 bafera asocijativnog prevođenja (TLB) i omogućava rad sa stranicama veličine četiri, 64 i 1024 kilobajta. Upotrebljene su tehnike indirektnog i statičkog predviđanja grananja. Adresni prostor je povećan na 16 terabajta. Projektovani su da služe kao „big” deo u kombinaciji sa jezgrima Cortex-A53. Za razliku od veoma popularnih A53 jezgara koja su ugrađivana (i još uvek se ugrađuju) u veliki broj SoC konfiguracija, generacija A57, uprkos svojim brzinskim kvalitetima, nije preterano zainteresovala proizvođače elektronike, prvenstveno zbog komplikovanih inženjerskih rešenja, povećane potrošnje i problema sa grejanjem. Najznačajniji predstavnici A57 generacije su Exynos Octa 5433 (Galaxy Note 4 / Tab S2), Tegra X1 i Snapdragon 810 (Xperia Z4 / Z5, LG G Flex 2, HTC 10 Evo, Lumia 950 XL, Droid Turbo 2...).

Cortex-A12 i Cortex-A17

Ove dve generacije predstavljamo zajedno iz prostog razloga što je i sam ARM naknadno odlučio da ukine generaciju A12 i označava je kao A17. Glavni cilj je bio da se obezbedi naslednik serije A9, što je ovaj model i postigao uz dobitak u brzini od 40 odsto. Iako je ARM sa prethodne dve serije uveo 64-bitnu arhitekturu, nije se odustalo ni od razvoja modela sa ARMv7-A arhitekturom. Ovo jezgro nudi vanredno spekulativno superskalarno izvršenje instrukcija, uz jedanaest protočnih linija. Poseduje 32-64 kilobajta koherentnog keša prvog nivoa za instrukcije i 32 kilobajta za podatke. Keš drugog nivoa se kreće od 256 kilobajta pa do celih osam megabajta.

Godinu kasnije na tržištu se pojavljuje Cortex-A17 koji predstavlja nadogradnju serije A12. Tačnije, druga revizija arhitekture A12 je preimenovana u A17. Sve rečeno za A12 važi i ovde (kao što važe i standardna svojstva prethodnih modela koja ne pominjemo), samo je povećana dubina instrukcijskog cevovoda. Po rečima proizvođača, ova generacija je za 60 odsto brža od Cortex-A9, troši 20 odsto manje energije i zauzima manje prostora. Cortex-A17 jezgra imaju ulogu „big” dela u „big.LITTLE” konfiguracijama sa parnjakom Cortex-A7. Najčešće se koristi u uređajima srednje klase, a najpoznatiji SoC-ovi bazirani na ovoj platformi su Mediatek MT6595 i Rockchip RK3288.

Cortex-A35

Iako predstavljena pre tri godine, generacija A35 je tek ovog proleća dobila fizičko otelotvorenje u vidu nekoliko SoC konfiguracija (Mediatek MT8167B, MT2712, Rockchip RK3229, NXP i.MX). Planiran je kao naslednik Cortex-A5 i A7, uz podršku za Armv8.0-A skup naredbi, po čemu podseća na A53. Brzine rada su (po rečima proizvođača) u 32-bitnom režimu u odnosu na A7 povećane od šest odsto (celobrojna aritmetika) do 36 odsto (brojevi u FP formatu). Kada se radi o 64-bitnom kôdu, ubrzanje je veće za još nekoliko postotaka. Potrošnja energije je smanjena za 10 odsto u odnosu na A7 i 35 odsto kada se poredi sa A53. Veličina kristala je ispod 0,4 kvadratna milimetra, pa je po tom parametru od A53 manji za četvrtinu. Pri radnom taktu od jednog gigaherca, potrošnja iznosi 90 milivata, dok je na taktu od sto megaherca samo šest milivata. Ovo sve važi za 28 nanometara, a korišćenje novije (sitnije) tehnologije dodatno poboljšava rezultate.

Može se koristiti kao „LITTLE” deo u kombinaciji sa jezgrima A73, ali i sa A53 koji i sami imaju „LITTLE” ulogu u kombinaciji sa jačim modelima. Postoje i varijante SoC koje kombinuju sve tri pomenute arhitekture, pa tako MediaTek Helio X30 dolazi u konfiguraciji 2 × A73, 4 × A53 i 4 × A35.

Slično prethodnicima kao što su A7 i A53, A35 koristi redni instrukcijski cevovod sa osam nivoa sa širinom od dve instrukcije. Keš prvog nivoa se kreće između osam i 64 kilobajta, dok su te vrednosti za L2 između 128 kilobajta i jednog megabajta. Iako dosta sporiji od A53, smanjena potrošnja, veće radne frekvencije i poboljšan blok za obradu NEON instrukcija bi ga trebalo učiniti dovoljno konkurentnim na polju najjeftinijih uređaja.

Cortex-A72

Ova varijanta arhitekture je planirana kao naslednica generacije A57, za koju smo već rekli da je imala problema sa potrošnjom energije i grejanjem. Iako se očekivalo da će nositi oznaku Cortex-A59, serija je iz marketinških razloga preimenovana u A72, da bi se naglasilo ozbiljno poboljšanje performansi. Kao i kod prethodnika, imamo posla sa dubokim vanrednim superskalarnim jezgrom širine tri instrukcije. Pri tome je protočna linija skraćena sa 19 na 16 nivoa. Napredak je većinom postignut upotrebom novih algoritama za predviđanje grananja i spekulativnog izvršavanja instrukcija. Brzini su doprinela i unapređenja u dizajnu bloka za obradu SIMD instrukcija i brojeva u formatu pokretnog zareza, kao i u razmeni podataka između L1 i L2 keša. Veličina keša za instrukcije iznosi 48 kilobajta, dok je veličina keša za podatke 32 kilobajta. Keš drugog nivoa može imati veličinu od 512 kilobajta pa do četiri megabajta.

Procesor, po tvrdnjama proizvođača, ima 20 odsto manju potrošnju od A57 i 90 odsto bolje performanse, dok je površina kristala smanjena za deset odsto. U poređenju sa A15, troši 75 odsto manje energije za izvršenje istog posla, odnosno ima 3,5 puta bolje performanse. Upotreba 16-nanometarskog FinFET tehnološkog procesa omogućava brzine do 2,5 gigaherca za upotrebu u mobilnim uređajima, i još više od toga kada se radi o desktop konfiguracijama.

Cortex-A73

Iz naziva se može naslutiti da je u pitanju evolutivni naslednik generacije Cortex-A72. Po rečima proizvođača, dizajn u odnosu na prethodnika nudi povećanje performansi za 30 odsto i istu toliku energetsku efikasnost. Ono što smo mogli da pronađemo po pitanju podataka na temu performansi govori da se one kreću u opsegu od 4,8 do 6,35 DMIPS/MHz. Druga vrednost je u skladu sa pomenutih 30 odsto, ali je pitanje na koji način se došlo do pomenute brojke. Instrukcijski keš prvog nivoa je četverosmernog tipa i ima veličinu od 64 kilobajta po jezgru, dok keš za podatke varira od 32 do 64 kilobajta. Keš drugog nivoa (sa opcionim ECC) se kreće od 256 kilobajta od osam megabajta i deli se među svim jezgrima. Superskalarni dizajn omogućava vanredno izvršenje instrukcija i za tu namenu procesor ima četiri bloka (dvostruko više u odnosu na A72) load/store jedinica, uz optimizovani rad sa memorijom. Tu je i novi blok za predikciju grananja sa velikim kešom adresa grananja (BTAC). Zanimljiva dizajnerska karakteristika ove serije odnosi se na smanjenje širine obrade instrukcija sa tri na dve. To i ostala inženjerska rešenja su doveli do smanjenja dimenzija, pa tako kristal A73 ima površinu od samo 0,65 kvadratnih milimetara, što je neobična pojava u premijum klasi ARM mikroprocesora. Glavni dobitak ove generacije se odnosi na njenu energetsku efikasnost uz zadržavanje performansi, što uz male dimenzije omogućava upotrebu većeg broja jezgara i kreiranje SoC sa dobrim performansama.

Cortex-A55 i Cortex-A75

Još jedan sinergički dvojac koji predstavlja naslednike generacija A53 i A57 (A72). Iako A53 ima nizak nivo potrošnje energije uz solidne performanse, generacija A55 ide korak dalje pa uz 15 odsto manju potrošnju donosi 18 odsto veću brzinu obrade celih brojeva, 20 odsto za FP i preko 40 odsto prilikom obrade SIMD instrukcija. Uvedene su nove NEON naredbe koje istovremeno obrađuju 16 osmobitnih i osam 16-bitnih brojeva po taktu procesora. Rad sa memorijom je ubrzan za 200 odsto. Implementirani su ARMv8.1, ARMv8.2 i manjim delom ARM8v3 setovi instrukcija. Keš prvog nivoa može da bude od 16 do 64 kilobajta kako za instrukcije, tako i za podatke, drugog nivoa (opciono) od 64 do 256 kilobajta i trećeg nivoa (opciono) od 512 kilobajta do četiri megabajta. Keš drugog nivoa je privatan za svako pojedinačno jezgro i radi na brzini procesorskog takta, dok se L3 deli među svima. Maksimalni broj jezgara po klasteru iznosi osam. Ovi čipovi po prvi put implementiraju novu tehnologiju pod nazivom DynamIQ, koja stiže kao zamena za „big.LITTLE” i obezbeđuje fleksibilnije kombinovanje različitih tipova jezgara, tako da možemo imati jedno ili više „big” jezgara sa proizvoljnim brojem „LITTLE” varijanti. Cortex-A55 karakteriše veliki broj mogućih konfiguracija, pa za nju postoji preko 3000 različitih arhitekturalnih varijanti, što bi joj trebalo omogućiti vrlo široku implementaciju u različitim tipovima uređaja.

Trenutna perjanica ARM ponude su mikroprocesori sa jezgrom Cortex-A75. Oni dele mnoštvo karakteristika koje smo pomenuli za seriju A55. Osnovna razlika je, naravno, u dizajnu bloka za obradu naredbi, pa ovde imamo primenjene napredne tehnike superskalarnog vanrednog dizajna praćene sa naprednim sistemima za predviđanje grananja i upotrebom keš memorije.

Zanimljivo je da marketing kompanije ARM prvi put ističe veliko poboljšanje performansi na planu veštačke inteligencije i mašinskog učenja. Međutim, veštačka inteligencija i neuronske mreže se sada upotrebljavaju i u samom jezgru procesora za bolje predviđanje grananja.

Jedna od važnih arhitekturnih karakteristika klase A75 jeste mogućnost kreiranja različitih termalnih profila koji po potrebi favorizuju performanse ili uštedu energije, pa je moguće ubrzanje na račun veće disipacije toplote koja može ići do dva vata. Proizvođač tvrdi da su jezgra ove generacije za 22 odsto brža od prethodnika, dok je propusna moć memorije povećana za 16 odsto. Dobre performanse su imale i svoju cenu, pa su jezgra A75 za 2,5 puta većeg obima od onih kod A55.

Cortex-A76

Ovo je arhitektura o kojoj su prvi javni podaci objavljeni tek pre par meseci. Iako bi se, sledeći logiku ranijih modela, moglo zaključiti da se radi o evoluciji generacije A75, to nije tačno. Naime, iako postoje sličnosti na planu primenjenih arhitekturnih rešenja, inženjeri su ovaj projekat započeli „od nule”, pokušavajući da zaobiđu određene prepreke koje su nametnute prethodnim dizajnom. Zamišljeno je da ovi procesori na nivou kernela izvršavaju samo 64-bitni kod, dok će programi u neprivilegovanim režimima i dalje moći da izvršavaju 32-bitne aplikacije i kôd koji koristi Thumb instrukcije. Rezultati simuliranja govore da će novi čipovi izrađeni tehnološkim procesom od sedam nanometara i sa brzinom od tri gigaherca imati za 35 odsto bolje performanse od onih koje postiže Snapdragon 845, baziran na Cortex-A75 i sa radnim taktom od 2,8 gigaherca. Takođe se ističe da su dobici u radu na polju mašinskog učenja i veštačke inteligencije veći za 400 odsto.

Prvi put se u okviru standardnog ARM dizajna koristi dekodiranje širine od četiri instrukcije, uz dubinu cevovoda od 11 do 13 etapa. Keš prvog nivoa će imati 64 kilobajta četvorosmernog keša za instrukcije i isto toliko za podatke. Keš drugog nivoa će biti petosmernog separatnog tipa sa 1280 ulaza i veličine 256 do 512 kilobajta, dok ćemo na trećem nivou imati do četiri megabajta brze memorije zajedničke za sva jezgra.

Ovo je generacija čipova za koju se govori da spada u „laptop klasu”, što se jasno nadovezuje na pojavu „pravog” Windowsa za ARM platformu, sa emulacijom izvršenja x86 instrukcija i predstavlja pokušaj da se prodre na tržišta gde suvereno vlada Intelova arhitektura. Glavni adut A76 je mala potrošnja energije, dok su performanse i dalje na strani Intela.

• • •

Može se primetiti da nismo ništa pisali o generaciji Cortex-A32 koja je namenjena uređajima iz wearables i IoT segmenta, dakle, tamo gde je minimalni utrošak energije važniji od brzinskih karakteristika. Razlog je krajnje jednostavan – dve godine nakon pojavljivanja, nijedan proizvođač čipova nije najavio implementaciju ove arhitekture. Izostanak interesa bi se mogao objasniti niskim nivoom profita, koji je posledica skromne cene takvih uređaja. U tabeli koja ide uz tekst nedostaju podaci o brzini nekoliko generacija procesora, iz razloga što ih nije moguće pronaći na internetu. Po tom pitanju smo na više adresa kontaktirali kompaniju ARM, ali smo ostali uskraćeni za odgovor. Isto tako, iznenađeni smo činjenicom da, uprkos velikoj popularnosti ARM arhitekture, dosta često nije moguće doći do detaljnih tehničkih podataka. Nije ni retkost da informacije koje se mogu pronaći bivaju dosta kontradiktorne, pa nije isključena mogućnost da neki od iznesenih podataka ne budu u potpunosti precizni.

Nadamo se da smo ovim tekstom bar malo pomogli u demistifikaciji procesora sa ARM jezgrima. U sledećem nastavku obrađujemo ništa manje zanimljive generacije koji pripadaju profilima „M” i „R”.

Igor S. RUŽIĆ