Tento článok sa bude zaoberať architektúrou procesora ARM Cortex A7. Polovodičové produkty na jeho základe nájdeme v smartfónoch, routeroch, tabletoch a iných mobilných zariadeniach, kde donedávna zastávala vedúce postavenie v tomto segmente trhu. Teraz ho postupne nahrádzajú novšie a novšie procesorové riešenia.
Stručné informácie o ARM
História ARM sa začala v roku 1990, keď ju založil Robin Saxby. Základom pre jeho vytvorenie bola nová architektúra mikroprocesora. Ak predtým dominantné postavenie na trhu CPU zaujímalo x86 alebo CISC, potom sa po založení tejto spoločnosti objavila dôstojná alternatíva vo forme RISC. V prvom prípade sa vykonávanie programového kódu zredukovalo na 4 fázy:
- Získajte pokyny k stroju.
- Prebieha konverzia mikrokódu.
- Získavame mikropokyny.
- Vykonávanie mikroinštrukcií krok za krokom.
Hlavnou myšlienkou architektúry RISС bolo, že spracovanie programového kódu možno zredukovať na 2 fázy:
- Získajte pokyny RISC.
- Spracovanie pokynov RISC.
V prvom aj v druhom prípade existujú výhody aj významné nevýhody. x86 úspešne dobyl trh s počítačmi a RISC (vrátane ARM Cortex A7, predstaveného v roku 2011) - trh s mobilnými zariadeniami.
História vzhľadu architektúry Cortex A7. Kľúčové vlastnosti
Cortex A8 slúžil ako základ pre Cortex A7. Hlavnou myšlienkou vývojárov v tomto prípade bolo zvýšenie výkonu a výrazné zlepšenie energetickej účinnosti procesorového riešenia. Toto sa nakoniec stalo inžinierom v ARM. Ďalšou dôležitou vlastnosťou v tomto prípade bolo, že bolo možné vytvoriť CPU s technológiou big. LITTLE. To znamená, že polovodičový kryštál môže obsahovať 2 výpočtové moduly. Jeden z nich bol zameraný na riešenie najjednoduchších úloh s minimálnou spotrebou energie a v tejto úlohe spravidla pôsobili jadrá Cortex A7. Druhý bol navrhnutý na spustenie najzložitejšieho softvéru a bol založený na výpočtových jednotkách Cortex A15 alebo Cortex A17. Oficiálne bol "Cortex A7" predstavený, ako už bolo uvedené, v roku 2011. Prvý procesor ARM Cortex A7 bol vydaný o rok neskôr, teda v roku 2012.
Výrobná technológia
Na začiatkupolovodičové produkty na báze A7 boli vyrobené podľa technologických štandardov 65 nm. Teraz je táto technológia beznádejne zastaraná. Následne boli vydané ďalšie dve generácie procesorov A7 podľa tolerančných štandardov 40 nm a 32 nm. Teraz sa však stali irelevantnými. Najnovšie modely CPU založené na tejto architektúre sa už vyrábajú podľa 28 nm štandardov a práve tie sa stále dajú nájsť v predaji. Ďalší prechod na novšie technologické procesy s novými tolerančnými normami a zastaranou architektúrou sa dá len ťažko očakávať. Čipy založené na A7 v súčasnosti zaberajú najekonomickejší segment trhu mobilných zariadení a postupne ich nahrádzajú gadgety založené na A53, ktoré majú pri takmer rovnakých parametroch energetickej účinnosti vyššiu úroveň výkonu.
Architektúra jadra mikroprocesora
1, 2, 4 alebo 8 jadier môže byť súčasťou CPU založeného na ARM Cortex A7. Charakteristiky procesorov v druhom prípade naznačujú, že čip pozostáva v podstate z 2 klastrov po 4 jadrá. Po dobu 2-3 rokov boli procesorové produkty základnej úrovne založené na čipoch s 1 alebo 2 výpočtovými modulmi. Strednú úroveň obsadili 4-jadrové riešenia. No a prémiový segment bol za 8-jadrovými čipmi. Každé jadro mikroprocesora založené na tejto architektúre obsahovalo nasledujúce moduly:
- Jednotka s pohyblivou rádovou čiarkou (FPU).
- Úroveň hotovosti 1.
- NEON blok pre optimalizáciu CPU.
- Výpočtový modul ARMv7.
Vyskytli sa aj nasledujúce bežnékomponenty pre všetky jadrá v CPU:
- Hotovosť L2.
- Jadrová riadiaca jednotka CoreSight.
- Radič dátovej zbernice AMBA s kapacitou 128 bitov.
Možné frekvencie
Maximálna frekvencia hodín pre túto architektúru mikroprocesora sa môže meniť od 600 MHz do 3 GHz. Treba tiež poznamenať, že tento parameter, ktorý udáva maximálny dopad na výkon výpočtového systému, sa líši. Okrem toho frekvenciu ovplyvňujú tri faktory naraz:
- Úroveň zložitosti riešeného problému.
- Stupeň optimalizácie softvéru pre multithreading.
- Aktuálna hodnota teploty polovodičového kryštálu.
Ako príklad si predstavte algoritmus čipu MT6582, ktorý je založený na A7 a obsahuje 4 výpočtové jednotky, ktorých frekvencia sa pohybuje od 600 MHz do 1,3 GHz. V nečinnom režime môže mať toto procesorové zariadenie iba jednu výpočtovú jednotku a pracuje na najnižšej možnej frekvencii 600 MHz. Podobná situácia nastane, keď sa na mobilnom gadgete spustí jednoduchá aplikácia. Ale keď sa v zozname úloh objaví hračka náročná na zdroje s optimalizáciou pre multithreading, automaticky začnú fungovať všetky 4 bloky spracovania programového kódu na frekvencii 1,3 GHz. Keď sa procesor zahrieva, najhorúcejšie jadrá znížia hodnotu frekvencie alebo dokoncavypnúť. Na jednej strane tento prístup poskytuje energetickú účinnosť a na druhej strane prijateľnú úroveň výkonu čipu.
Vyrovnávacia pamäť
V ARM Cortex A7 sú k dispozícii iba 2 úrovne vyrovnávacej pamäte. Charakteristiky polovodičového kryštálu zase naznačujú, že prvá úroveň je nevyhnutne rozdelená na 2 rovnaké polovice. Jeden z nich by mal ukladať údaje a druhý - pokyny. Celková veľkosť cache na 1. úrovni podľa špecifikácií sa môže rovnať 64 KB. V dôsledku toho získame 32 KB pre dáta a 32 KB pre kód. Cache 2. úrovne bude v tomto prípade závisieť od konkrétneho modelu CPU. Jeho najmenší objem sa môže rovnať 0 MB (čiže chýba) a najväčší - 4 MB.
radič RAM. Vlastnosti
Vstavaný radič RAM sa dodáva s akýmkoľvek procesorom ARM Cortex A7. Charakteristiky technického plánu naznačujú, že je zameraný na prácu v spojení s LPDDR3 RAM. Odporúčané pracovné frekvencie RAM sú v tomto prípade 1066 MHz alebo 1333 MHz. Maximálna veľkosť RAM, ktorú možno v praxi nájsť pre tento model čipu, je 2 GB.
Integrovaná grafika
Ako sa očakávalo, tieto mikroprocesorové zariadenia majú integrovaný grafický subsystém. ARM odporúča použitie vlastnej grafickej karty Mali-400MP2 s týmto CPU. Jeho výkon však často nestačí na odomknutie potenciálumikroprocesorové zariadenie. Preto dizajnéri čipov používajú v kombinácii s týmto čipom efektívnejšie adaptéry, napríklad Power VR6200.
Softvérové funkcie
Tri druhy operačných systémov sa zameriavajú na procesory ARM:
- Android od vyhľadávacieho gigantu Google.
- iOS od spoločnosti APPLE.
- Windows Mobile od spoločnosti Microsoft.
Všetok ostatný systémový softvér ešte nebol príliš distribuovaný. Najväčší podiel na trhu takéhoto softvéru, ako by ste mohli hádať, zaberá Android. Tento systém má jednoduché a intuitívne rozhranie a základné zariadenia na ňom založené sú veľmi, veľmi cenovo dostupné. Do verzie 4.4 vrátane bol 32-bitový a od 5.0 začal podporovať 64-bitové výpočty. Tento OS úspešne beží na akejkoľvek rodine RISC CPU, vrátane ARM Cortex A7. Inžinierske menu je ďalšou dôležitou vlastnosťou tohto systémového softvéru. S jeho pomocou môžete výrazne prekonfigurovať možnosti operačného systému. Prístup k tejto ponuke je možné získať pomocou kódu, ktorý je individuálny pre každý model CPU.
Ďalšou dôležitou funkciou tohto OS je automatická inštalácia všetkých možných aktualizácií. Na čipoch rodiny ARM Cortex A7 sa preto môžu objaviť aj novinky. Firmvér ich môže pridať. Druhý systém je zameraný na mobilné gadgety APPLE. Takéto zariadenia zaberajú hlavne prémiový segment a majú zodpovedajúcu úroveň výkonu a nákladov. Najnovší OS tvárou v tvár Windows Mobile ešte nedostalskvelá distribúcia. Na jeho základe existujú zariadenia v akomkoľvek segmente mobilných zariadení, ale malé množstvo aplikačného softvéru v tomto prípade odrádza od jeho distribúcie.
Modely procesora
Najdostupnejšie a najmenej produktívne sú v tomto prípade 1-jadrové čipy. Najrozšírenejší z nich bol MT6571 od MediaTeku. O stupeň vyššie sú dvojjadrové procesory ARM Cortex A7. Príkladom je MT6572 od rovnakého výrobcu. Ešte vyššiu úroveň výkonu poskytol Quad Core ARM Cortex A7. Najpopulárnejším čipom z tejto rodiny je MT6582, ktorý teraz možno nájsť aj v mobilných zariadeniach základnej úrovne. No a najvyššiu úroveň výkonu poskytovali 8-jadrové centrálne procesory, ku ktorým patril MT6595.
Vyhliadky na ďalší rozvoj
Zatiaľ môžete na pultoch obchodov stále nájsť mobilné zariadenia založené na polovodičovom procesorovom zariadení založenom na 4X ARM Cortex A7. Ide o MT6580, MT6582 a Snapdragon 200. Všetky tieto čipy obsahujú 4 výpočtové jednotky a majú vynikajúcu úroveň energetickej účinnosti. Tiež náklady v tomto prípade sú veľmi, veľmi skromné. Najlepšie časy tejto architektúry mikroprocesorov sú však už za nami. Vrchol predaja produktov na ňom založených padol na roky 2013-2014, keď na trhu mobilných gadgetov nemal prakticky žiadnu alternatívu. Navyše v tomto prípade hovoríme o rozpočtových zariadeniach s 1 alebo 2výpočtové moduly a s vlajkovými prístrojmi s 8-jadrovým CPU. Momentálne ho postupne z trhu vytláča Cortex A53, čo je v podstate upravená 64-bitová verzia A7. Zároveň si úplne a úplne zachovala hlavné prednosti svojho predchodcu a budúcnosť je určite jej.
Názor odborníkov a používateľov. Skutočné recenzie o čipoch založených na tejto architektúre. Silné a slabé stránky
Samozrejme, vzhľad architektúry mikroprocesorových zariadení ARM Cortex A7 sa stal významnou udalosťou pre svet mobilných zariadení. Najlepším dôkazom toho je, že zariadenia založené na ňom sa úspešne predávajú už viac ako 5 rokov. Samozrejme, teraz schopnosti CPU založeného na A7 už nestačia ani na riešenie úloh strednej úrovne, ale najjednoduchší programový kód na takýchto čipoch stále úspešne funguje. Zoznam takéhoto softvéru zahŕňa prehrávanie videa, počúvanie zvukových nahrávok, čítanie kníh, surfovanie na webe a dokonca aj tie najjednoduchšie hračky v tomto prípade začnú bez problémov. Práve na to sa zameriavajú popredné tematické portály venované mobilným gadgetom a zariadeniam, a to ako poprední odborníci tohto druhu, tak aj bežní používatelia. Kľúčovou nevýhodou A7 je nedostatočná podpora pre 64-bitové výpočty. Medzi jeho hlavné výhody patrí perfektná kombinácia energetickej účinnosti a výkonu.
Results
Určite, architektúra ARM Cortex A7 je celokéra vo svete mobilných zariadení. S jeho príchodom sa mobilné zariadenia stali cenovo dostupnými a pomerne produktívnymi. A už len fakt, že sa úspešne predáva už viac ako 5 rokov, je toho ďalším potvrdením. Ak však gadgety založené na ňom najskôr obsadili stredný a prémiový segment trhu, teraz im zostáva iba rozpočtová trieda. Táto architektúra je zastaraná a postupne sa stáva minulosťou.
