پردازنده ARM چیست و کاربرد آن

شاید امروزه در ویژگی کامپیوترهای تولیدی و یا گوشی های موبایل این را شنیده باشید که هسته این دستگاه ها از پردازنده های ARM ساخته شده و مورد استفاده قرار میگیرد اما پردازنده آرم (ARM) چیست؟

در ادامه این مقاله راجب این پردازنده ها صحبت خواهیم کرد پس با مقالات کامپیوترونیک همراه باشید.

شرکت ARM درواقع یک هلدینگ تولید تراشه در سطح اول دنیا می باشد که با شرکت هایی همچون اینتل ، هیتاچی و… در رقابت برای تولید انواع تراشه است.

کلمه ARM مخفف Advanced Risc Machine  می باشد که به معنی ماشین های پیشرفته مبتنی برا معماری ریسک RISC می باشد.

کلمه RISC نیز به معنی Reduce Instruction Set Computer ویا همان دستورات کاهش یافته ماشین می باشد که در این معماری سعی شده تا 90 درصد دستورات ماشین در یک کلاک به صورت همزمان اجرا شود.

این معماری امروزه در تمامی پردازنده های نسل اول و بروز درحال استفاده است تا با کاهش دستورات سرعت پردازشی را افزایش دهند.

شرکت ARM ارایه دهنده پیشرو در زمینه پردازنده های مبتنی بر نام همین شرکت می باشد که حدود 85 میلیارد پردازنده در قالب ARM تولید کرده است.

امروزه شرکت آرم (ARM) عمده درآمد خود را از حق فروش و ثبت پردازنده های ساخته شده توسط شرکت های بزرگ نظیر سامسونگ (samsung) ، فیلیپس (philips) ، اتمل (ATMEL) و … بدست می آورد.

و دیگر این شرکت خود تولید کننده تراشه ها و یا نمیه هادی ها نیست.

جدا از بخش مالکیت و ساخت تراشه ها ARM با ابزارهای توسعه نرم افزاری مانند Keil , DS-5 نیز قابل توسعه و برنامه پذیری است.

تاریخچه ARM

ARM نوعی از معماری پردازنده‌های کامپیوتری است که بر طبق طراحی RISC CPU و توسط کمپانی بریتانیایی ARM Holding طراحی شده است.

معماری ARM که دستورالعمل‌های 32 بیتی را پردازش می‌کند از دهه 1980 تا به امروز در حال توسعه است.

ARM مخفف Advanced RISC Machine است و از آنجایی که این معماری براساس طراحی RISC بنا شده، هسته اصلی CPU نیاز به 35 هزار ترانزیستور دارد .

این در حالی است که پردازنده‌های معمولی رایج x86 که براساس CISC طراحی شده‌اند حداقل نیاز به میلیون‌ها ترانزیستور دارند.

مهمترین دلیل مصرف بسیار پایین انرژی در پردازنده‌های مبتنی بر ARM که باعث استفاده گسترده آنها در ابزارهای پرتابل مانند تلفن هوشمند یا تبلت شده نیز همین موضوع است.

جالب است بدانید که شرکت ARM Holding خود تولیدکننده پردازنده نیست و در عوض گواهی استفاده از معماری ARM را به دیگر تولیدکنندگان نیمه هادی می‌فروشد.

کمپانی‌ها نیز به راحتی تراشه‌های خود را براساس معماری ARM تولید می‌کنند. از جمله کمپانی‌هایی که پردازنده خود را براساس معماری ARM طراحی می‌کنند .

می‌توان به اپل در تراشه‌های Ax، سامسونگ در پردازنده‌های Exynos، انویدیا در تگرا و کوالکام در پردازنده‌های Snpdragon اشاره کرد.

در سال 2011 مشتریان ARM توانستند 7.9 میلیارد ابزار مبتنی بر این معماری را وارد بازار کنند. شاید تصور می‌کنید که پردازنده‌های مبتنی بر ARM تنها در تبلت و تلفن‌های هوشمند بکار گرفته می‌شوند.

اما جالب است بدانید که در همین سال بیش از 95 درصد تلفن‌های هوشمند دنیا، 90 درصد دیسک‌های سخت (HDD)، حدود 40 درصد تلویزیون‌های دیجیتال و ست‌تاپ‌باکس‌ها، 15 درصد میکروکنترلرها و 20 درصد کامپیوترهای موبایل مجهز به پردازنده‌های مبتنی بر معماری ARM بوده‌اند.

بدون شک این آمار در سال 2012 رشد فوق‌العاده چشم گیری را تجربه کرده است، چون بازار تلفن‌های هوشمند و تبلت‌های در سال جاری پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته‌اند.

تا اینجای کار معماری ARM تنها برروی پلتفرم 32 بیتی با عرض حافظه 1 بایت کار می‌کرد.

اما با معرفی ARMv8 این معماری پشتیبانی از دستورات 64 بیتی را نیز آغاز کرد که البته هنوز در سیستم-روی-یک-چیپ‌ها بکار گرفته نشده است.

در سال 2012 مایکروسافت نیز نسخه ویندوز سازگار با معماری ARM را به همراه تبلت سرفیس RT معرفی کرد. AMD نیز اعلام نموده که قصد دارد در سال 2014 سرورهای مبتنی بر معماری 64 بیتی ARM را روانه بازار کند.

همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، ARM گواهی استفاده از معماری خود را به شرکت‌های دیگر می‌دهد، کمپانی‌هایی که در حال حاضر گواهی استفاده از ARM را دارند عبارتند از: AMD, آلکاتل, اپل, AppliedMicro, Atmel, Broadcom, Cirrus Logic, CSR plc, Digital Equipment Corporation, Ember, Energy Micro, Freescale, فوجیتسو, Fuzhou Rockchip, هواوی, اینتل توسط شرکت‌های زیر شاخه, ال جی, Marvell Technology Group, Microsemi, مایکروسافت, NEC, نینتندو, Nuvoton, انویدیا, NXP (formerly Philips Semiconductor), Oki, ON Semiconductor, پاناسونیک, کوالکام, Renesas, Research In Motion, سامسونگ, شارپ, Silicon Labs, سونی, اریکسون, STMicroelectronics, Symbios Logic, Texas Instruments, توشیبا, یاماها  و ZiiLABS

کاربردهای پردازنده‌های ARM

شاید تاکنون فکر می‌کردید که پردازنده‌های ARM صرفاً برای گوشی‌ها و تبلت‌ها مفید است اما دامنه‌ی کاربرد این پردازنده‌ها بسیار گسترده است.

به خصوص که کمپانی ARM Holdings لایسنس استفاده از طرح‌ها را به کمپانی‌های بزرگی نظیر اپل و سامسونگ و کوآلکام واگذار می‌کند تا متناسب با اهداف و کاربرد، از طرح‌ها استفاده کنند.

در حال حاضر ستاپ‌باکس، مولتی‌مدیاپلیر، مودم، کنسول بازی، اسباب‌بازی‌ها و ربات‌ها و بسیاری وسایل دیگر با به کارگیری پردازنده‌های ARM تولید می‌شود.

پیشرفت قدرت پردازشی پردازنده‌های ARM از یک سو و بهینه بودن مصرف انرژی از سوی دیگر موجب شده که دامنه‌ی کاربرد به سرورها و لپ‌تاپ‌ها نیز گسترش پیدا کند!

مقایسه کردن پردازنده‌های ARM با پردازنده‌های AMD و Intel از نظر قدرت پردازشی و مصرف انرژی کار پیچیده‌ای است.

حتی طرح‌های مبتنی بر ARM که کوالکام، سامسونگ، اپل و غیره ارایه می‌کنند هم به سادگی قابل مقایسه کردن نیست.

اما آنچه روشن و قطعی است، بالاتر بودن بازدهی و کم‌مصرف‌تر بودن پردازنده‌های ARM نسبت به پردازنده‌های x86 و x64 است.

مزایای پردازنده‌های ARM

مقرون به صرفه

مقرون به صرفه بودن یک تفاوت پردازنده‌های ARM و Intel است. ساخت پردازنده‌های ARM بسیار مقرون به صرفه است و برای تولید آن به تجهیزات گران قیمت نیازی نیست.

این پردازنده‌ها اغلب برای دستگاه‌های کوچک و کم هزینه‌ مانند تلفن‌های همراه ایده آل هستند.

طراحی ساده

این پردازنده‌ها به دلیل دستورات RISC که معماری پیچیده‌تری دارند، بسیار ساده‌ و فشرده‌ هستند.

این ویژگی اجازه می‌دهد تا پردازنده‌ها در دستگاه‌های کوچک‌تر جای بگیرند که به نوع خود یک مزیت برای تقاضای رو به رشد مصرف کنندگان برای دستگاه‌های کوچک و قابل حمل محسوب می‌شود.

عمر طولانی باتری

پردازنده‌های ARM به دلیل مجموعه محاسباتی تک چرخه، باتری کمتری مصرف می‌کنند. ویژگی عمر طولانی باتری برای استفاده در موبایل‌ها کاربرد بسیاری دارد.

تولید حرارت کمتر یک تفاوت پردازنده‌های ARM و Intel 

پردازنده‌های ARM گرمای کمتری تولید می‌کنند و این مزیت به دستگاه‌هایی مانند تلفن‌های هوشمند اجازه می‌دهد ظریف و در دسترس باشند.

چه سیستم‌ عامل‌هایی از معماری ARM پشتیبانی می‌کنن؟

ازجمله سیستم‌عامل‌هایی که از معماری arm بهره می‌برن می‌‌شه به Acorn، سیستم‌عامل‌های توکار، یونیکس، لینوکس، BSD و ویندوز اشاره کرد.

همون‌طور که گفتم پردازنده‌های ARM با توجه به مقرون‌به‌صرفه‌ بودن و صرفه‌جویی در انرژی، امروزه تقریبا در تمامی سیستم‌عامل‌ها پشتیبانی شده و در دستگاه‌های هوشمند مورداستفاده قرار می‌گیرن.

آرم چطور تجارت می‌کند؟

روش کار آرم بسیار ساده است و با آنچه در دنیای رایانه شخصی شاهد هستیم، متفاوت می‌باشد. به‌طور کلی آرم سه نوع لایسنس اصلی به مشتریان واگذار می‌کند: POP، پردازنده و معماری.

لایسنس پردازنده اجازهٔ استفادهٔ مایکروپراسسور یا پردازندهٔ گرافیکی طراحی شده توسط آرم است. در این صورت نمی‌توان طراحی را تغییر داد، اما می‌توان از آن به هر شکل ممکن استفاده کرد.

به عنوان مثال تراشه‌های اگزینوس اُکتای سامسونگ را در نظر بگیرید، در این تراشه‌ها از ۴ هستهٔ ARM Cortex A7 و ۴ هستهٔ Cortex A15 استفاده شده‌است. این روش استفاده بیان‌گر لایسنس استفاده از پردازنده است.

آرم در مورد کاربرد طرح‌ها در سیلیکون راهنمایی‌هایی می‌کند، اما در نهایت تیم به‌کارگیری فیزیکی پردازنده است که برای رسیدن به بهترین فرکانس در توان مصرفی مورد نظر تصمیم می‌گیرد.

بستهٔ بهینه‌سازی پردازنده یا Processor Optimization Pack یک قدم فراتر از لایسنس استفاده از پردازنده است.

اگر مشتری در کاربرد فیزیکی پردازنده ماهر نباشد، آرم با فروش POP به آن‌ها کمک می‌کند یا به عبارت دیگر یک طرح یک پردازندهٔ بهینه را به مشتری می‌فروشد تا پس از تولید در یک کارخانهٔ خاص، حداقل کارایی مشخص شده را دارا باشد.

در مورد هسته‌های Cortex A8 آرم، اپل و سامسونگ به شکل خاصی از آن استفاده کردند که باعث بهینه شدن فرکانس در برابر توان مصرفی شد.

این دو کمپانی به مواردی که طراحی و کاربرد Cortex A8 را دشوار می‌کرد، دسترسی داشتند؛ اما بسیاری از دیگر تولیدکنندگان پهنای باند لازم یا بودجهٔ کافی برای انجام بهینه‌سازی‌ها را نداشتند.

بهینه سازی پردازنده‌ها یا POPها برای ترکیبی از پردازنده‌ها، کارخانه‌ها و فرایندهای تولیدی مختلف آماده شده‌است. به عنوان مثال برای تولید پردازندهٔ Cortex A12 در کارخانهٔ TSMC طی فرایند تولید ۲۸نانومتری HPM یک POP مشخص وجود دارد.

آخرین و کامل‌ترین لایسنس، لایسنس معماری است. در این روش آرم لایسنس یکی از معماری‌ها مثل ARMv7 یا ARMv8 را به مشتری واگذار می‌کند و مشتری می‌تواند به هر شکل دلخواهی از آن استفاده کند.

کوآلکام برای طراحی و تولید هسته‌های Krait و اپل برای طراحی هسته‌های Swift از این لایسنس استفاده کرده‌اند.

چنین مایکروپراسسورهایی با معماری استاندارد صنعتی (یا ISA) هسته‌های Cortex A15 سازگاری دارند، اما کاربرد خاصی از معماری استاندارد صنعتی آرم هستند.

برای تأیید سازگاری باید طبق دستورالعمل آرم عمل کرده و تست‌ها را یکی پس از دیگری انجام داد.

آرم پشتیبانی‌هایی برای طراحان در نظر گرفته ولی تصمیم نهایی، استفاده و بررسی اعتبار طرح‌ها بر عهدهٔ مشتری است.

از نگاه آماری آرم حدود ۱۰۰۰ لایسنس به ۳۲۰ کمپانی مختلف فروخته‌است. از این ۳۲۰کمپانی تنها ۱۵مورد لایسنس معماری را در اختیار دارند.

جمع‌بندی پردارنده معماری arm

پردازنده‌های با معماری arm امروزه خیلی پرکاربرد هستن و تقریبا در همه مدل‌های گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شن.

این نوع پردازنده‌ها اندازه کوچک و قیمت مناسبی دارن. صرفه‌جویی در مصرف انرژی و داغ‌ نشدن بیش‌ از حد باعث شده تا از این پردازنده‌ها در دستگاه‌های مختلف ازجمله گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌ها استفاده بشه.

با تشکر از وقتی که گذاشتید امیدوارم مطالب این مقاله براتون مفید بوده باشد تهیه شده در مجموعه چاپ بهار

منابع

Computeronic

Zoomit

Intotech

Rahaco

Ecell

virgool

 

 

 

 

 

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *