Tento článek se bude zabývat architekturou procesoru ARM Cortex A7. Polovodičové produkty na něm založené najdeme v chytrých telefonech, routerech, tabletech a dalších mobilních zařízeních, kde donedávna zastávala vedoucí postavení v tomto segmentu trhu. Nyní je postupně nahrazován novějšími a čerstvějšími procesorovými řešeními.
Stručné informace o ARM
Historie ARM začala v roce 1990, kdy ji založil Robin Saxby. Základem pro jeho vytvoření byla nová architektura mikroprocesoru. Pokud předtím dominantní postavení na trhu CPU zaujímalo x86 nebo CISC, pak se po vzniku této společnosti objevila hodná alternativa v podobě RISC. V prvním případě bylo provádění programového kódu omezeno na 4 fáze:
- Získejte pokyny ke stroji.
- Provádění převodu mikrokódu.
- Získávání mikroinstrukcí.
- Provádění mikroinstrukcí krok za krokem.
Hlavní myšlenkou architektury RISС bylo, že zpracování programového kódu lze zredukovat na 2 fáze:
- Získejte pokyny RISC.
- Zpracování pokynů RISC.
Jak v prvním, tak ve druhém případě existují výhody i významné nevýhody. x86 úspěšně dobyl počítačový trh a RISC (včetně ARM Cortex A7, představený v roce 2011) - trh mobilních zařízení.
Historie vzhledu architektury Cortex A7. Klíčové vlastnosti
Cortex A8 sloužil jako základ pro Cortex A7. Hlavní myšlenkou vývojářů v tomto případě bylo zvýšit výkon a výrazně zlepšit energetickou účinnost procesorového řešení. To se nakonec stalo inženýrům v ARM. Další důležitou vlastností v tomto případě bylo, že bylo možné vytvořit CPU s technologií big. LITTLE. To znamená, že polovodičový krystal může obsahovat 2 výpočetní moduly. Jedna z nich byla zaměřena na řešení nejjednodušších úloh s minimální spotřebou energie a v této roli zpravidla působila jádra Cortex A7. Druhý byl navržen pro provoz nejsložitějšího softwaru a byl založen na výpočetních jednotkách Cortex A15 nebo Cortex A17. Oficiálně byl „Cortex A7“představen, jak již bylo uvedeno dříve, v roce 2011. První procesor ARM Cortex A7 byl vydán o rok později, tedy v roce 2012.
Výrobní technologie
Zpočátkupolovodičové produkty na bázi A7 byly vyrobeny podle technologických standardů 65 nm. Nyní je tato technologie beznadějně zastaralá. Následně byly vydány další dvě generace procesorů A7 podle tolerančních standardů 40 nm a 32 nm. Nyní se však staly irelevantními. Nejnovější modely CPU založené na této architektuře jsou již vyráběny podle 28 nm standardů a právě ty lze stále najít v prodeji. Další přechod na novější technologické procesy s novými tolerančními standardy a zastaralou architekturou lze jen stěží očekávat. Čipy založené na A7 nyní zaujímají nejnákladnější segment trhu mobilních zařízení a postupně je nahrazují gadgety založené na A53, které mají při téměř stejných parametrech energetické účinnosti vyšší úroveň výkonu.
Architektura jádra mikroprocesoru
1, 2, 4 nebo 8 jader může být součástí CPU založeného na ARM Cortex A7. Charakteristiky procesorů v druhém případě naznačují, že čip sestává v podstatě ze 2 clusterů po 4 jádrech. Po 2-3 roky byly základní procesorové produkty založeny na čipech s 1 nebo 2 výpočetními moduly. Střední úroveň obsadila 4jádrová řešení. Prémiový segment byl za 8jádrovými čipy. Každé jádro mikroprocesoru založené na této architektuře obsahovalo následující moduly:
- Jednotka s plovoucí desetinnou čárkou (FPU).
- Úroveň hotovosti 1.
- NEON blok pro optimalizaci CPU.
- Výpočetní modul ARMv7.
Byly také běžné následujícíkomponenty pro všechna jádra v CPU:
- Hotovost L2.
- Řídící jednotka jádra CoreSight.
- řadič datové sběrnice AMBA s kapacitou 128 bitů.
Možné frekvence
Maximální taktovací frekvence pro tuto architekturu mikroprocesoru se může lišit od 600 MHz do 3 GHz. Je třeba také poznamenat, že tento parametr, který udává maximální dopad na výkon výpočetního systému, se liší. Frekvenci navíc ovlivňují tři faktory najednou:
- Úroveň složitosti řešeného problému.
- Stupeň optimalizace softwaru pro multithreading.
- Aktuální hodnota teploty polovodičového krystalu.
Jako příklad uveďme algoritmus čipu MT6582, který je založen na A7 a obsahuje 4 výpočetní jednotky, jejichž frekvence se pohybuje od 600 MHz do 1,3 GHz. V klidovém režimu může mít toto procesorové zařízení pouze jednu výpočetní jednotku a pracuje na nejnižší možné frekvenci 600 MHz. Podobná situace nastane, když se na mobilním gadgetu spustí jednoduchá aplikace. Když se ale v seznamu úloh objeví hračka náročná na zdroje s optimalizací pro multithreading, automaticky začnou fungovat všechny 4 bloky zpracování programového kódu na frekvenci 1,3 GHz. Jak se CPU zahřívá, nejžhavější jádra sníží hodnotu frekvence nebo dokoncevypnout. Na jedné straně tento přístup poskytuje energetickou účinnost a na druhé straně přijatelnou úroveň výkonu čipu.
Cache
V ARM Cortex A7 jsou k dispozici pouze 2 úrovně mezipaměti. Charakteristiky polovodičového krystalu zase naznačují, že první úroveň je nutně rozdělena na 2 stejné poloviny. Jeden z nich by měl ukládat data a druhý - pokyny. Celková velikost cache na 1. úrovni dle specifikací se může rovnat 64 KB. V důsledku toho získáme 32 KB pro data a 32 KB pro kód. Mezipaměť 2. úrovně v tomto případě bude záviset na konkrétním modelu CPU. Jeho nejmenší objem se může rovnat 0 MB (to znamená, že chybí) a největší - 4 MB.
řadič RAM. Funkce
Vestavěný řadič RAM je dodáván s jakýmkoli procesorem ARM Cortex A7. Charakteristiky technického plánu naznačují, že je zaměřen na práci ve spojení s LPDDR3 RAM. Doporučené pracovní frekvence paměti RAM jsou v tomto případě 1066 MHz nebo 1333 MHz. Maximální velikost RAM, kterou lze v praxi u tohoto modelu čipu nalézt, je 2 GB.
Integrovaná grafika
Podle očekávání mají tato mikroprocesorová zařízení integrovaný grafický subsystém. ARM doporučuje použití vlastní grafické karty Mali-400MP2 s tímto CPU. Jeho výkon ale často k odemknutí potenciálu nestačímikroprocesorové zařízení. Proto návrháři čipů používají v kombinaci s tímto čipem efektivnější adaptéry, například Power VR6200.
Softwarové funkce
Tři druhy operačních systémů cílí na procesory ARM:
- Android od vyhledávače Google.
- iOS od APPLE.
- Windows Mobile od společnosti Microsoft.
Veškerý ostatní systémový software zatím nebyl příliš distribuován. Největší podíl na trhu takového softwaru, jak můžete hádat, zaujímá Android. Tento systém má jednoduché a intuitivní rozhraní a základní zařízení na něm založená jsou velmi, velmi cenově dostupná. Do verze 4.4 včetně byl 32bitový a od 5.0 začal podporovat 64bitové výpočty. Tento OS úspěšně běží na jakékoli rodině RISC CPU, včetně ARM Cortex A7. Inženýrské menu je další důležitou funkcí tohoto systémového softwaru. S jeho pomocí můžete výrazně překonfigurovat možnosti operačního systému. Přístup do této nabídky lze získat pomocí kódu, který je individuální pro každý model CPU.
Další důležitou funkcí tohoto OS je automatická instalace všech možných aktualizací. Na čipech rodiny ARM Cortex A7 se proto mohou objevit i nové funkce. Firmware je může přidat. Druhý systém je zaměřen na mobilní gadgety APPLE. Taková zařízení zaujímají především prémiový segment a mají odpovídající úrovně výkonu a nákladů. Nejnovější OS tváří v tvář Windows Mobile dosud neobdrželskvělá distribuce. Zařízení na něm založená jsou v jakémkoli segmentu mobilních gadgetů, ale malé množství aplikačního softwaru v tomto případě odrazuje od jeho distribuce.
Modely procesoru
Nejdostupnější a nejméně produktivní jsou v tomto případě 1jádrové čipy. Nejrozšířenější mezi nimi byl MT6571 od MediaTeku. O stupeň výš jsou dvoujádrové procesory ARM Cortex A7. Příkladem je MT6572 od stejného výrobce. Ještě vyšší úroveň výkonu poskytl Quad Core ARM Cortex A7. Nejoblíbenějším čipem z této rodiny je MT6582, který lze nyní nalézt i v základních mobilních zařízeních. No a nejvyšší úroveň výkonu poskytovaly 8jádrové centrální procesory, ke kterým patřil MT6595.
Vyhlídky na další rozvoj
Zatím stále můžete na pultech obchodů najít mobilní zařízení založená na zařízení s polovodičovým procesorem na bázi 4X ARM Cortex A7. Jedná se o MT6580, MT6582 a Snapdragon 200. Všechny tyto čipy obsahují 4 výpočetní jednotky a mají vynikající úroveň energetické účinnosti. Také náklady v tomto případě jsou velmi, velmi skromné. Nejlepší časy této architektury mikroprocesorů jsou ale stále za námi. Vrchol prodeje produktů na něm založených padl na roky 2013-2014, kdy na trhu mobilních gadgetů neměl prakticky žádnou alternativu. Navíc v tomto případě mluvíme o levných zařízeních s 1 nebo 2výpočetní moduly a s vlajkovými gadgety s 8jádrovým CPU. V tuto chvíli jej postupně vytlačuje z trhu Cortex A53, což je v podstatě upravená 64bitová verze A7. Přitom si zcela a úplně zachovala hlavní přednosti své předchůdkyně a budoucnost je rozhodně její.
Názor odborníků a uživatelů. Skutečné recenze o čipech založených na této architektuře. Silné a slabé stránky
Jistě, vzhled architektury ARM Cortex A7 mikroprocesorových zařízení se stal významnou událostí pro svět mobilních zařízení. Nejlepším důkazem toho je, že zařízení na něm založená se úspěšně prodávají již více než 5 let. Schopnosti CPU založeného na A7 již samozřejmě nestačí ani na řešení úloh střední úrovně, ale nejjednodušší programový kód na takových čipech stále úspěšně funguje. Seznam takového softwaru zahrnuje přehrávání videa, poslech audio nahrávek, čtení knih, surfování na webu a i ty nejjednodušší hračky se v tomto případě bez problémů spustí. Na to se zaměřují přední tematické portály věnované mobilním gadgetům a zařízením, a to jak přední odborníci tohoto druhu, tak běžní uživatelé. Klíčovou nevýhodou A7 je chybějící podpora pro 64bitové výpočty. Mezi jeho hlavní výhody patří dokonalá kombinace energetické účinnosti a výkonu.
Výsledky
Určitě, architektura ARM Cortex A7 je celekéra ve světě mobilních zařízení. S jeho příchodem se mobilní zařízení stala cenově dostupná a poměrně produktivní. A samotný fakt, že se úspěšně prodává již více než 5 let, je toho dalším potvrzením. Pokud však gadgety založené na něm nejprve obsadily střední a prémiové segmenty trhu, nyní jim zbývá pouze rozpočtová třída. Tato architektura je zastaralá a postupně se stává minulostí.
