Co je architektura počítače?

Mezi prezentacemi od technologických společností jako AMD, Apple nebo Intel a technickými listy pro určitá zařízení a další produkty jste téměř jistě alespoň slyšeli slovo architektura. Apple se chlubí, že jeho čipy M1 a M2 používají PAŽE architektura a AMD zdůrazňuje, že její architektura Zen 4 je lepší než architektura Raptor Lake od Intelu. Ale v celém marketingu není nikdy pořádně vysvětleno, co to vlastně "architektura" je. Zde je vše, co potřebujete vědět o architektuře a proč na nich záleží.

Architektura: základ procesoru

Architektura je v technice vágní slovo, ale mluvím zde o architektuře instrukční sady (ISA) a mikroarchitekturách. Jak ISA, tak mikroarchitektury jsou zkráceny na architektury, protože je neobvyklé zaměňovat ISA a mikroarchitektury. Navíc budu většinou mluvit o architektuře CPU, ale jiné procesory, jako jsou GPU, používají jak ISA, tak mikroarchitektury.

ISA je dobrým výchozím bodem, protože je to nejzákladnější část procesoru a obsahuje to nejzákladnější aspekty, jako jsou instrukce (jako sčítání a násobení) a funkce (jako schopnost zpracovat čísla, která mají 32 desetinných míst místa). Procesory, které používají určitý ISA, mohou spouštět pouze kód určený pro tento ISA (i když emulace je řešení). Proto bylo velkým problémem, když Apple začal prodávat Macy s Apple křemíkem, protože macOS byl vytvořen pro procesory Intel, které používají

x86 ISA a čipy Apple využívají ARM ISA.

Mikroarchitektury mohou mít významný dopad na hraní her, profesionální práci nebo i běžné používání počítače.

Stručně řečeno, mikroarchitektura je to, co spojuje různé části procesoru a jak se propojují a spolupracují při implementaci ISA. Takže pokud jsou ISA jako různé jazyky, pak jsou mikroarchitektury dialekty. Návrh zbrusu nového čipu nevyžaduje odstranění ISA a vytvoření nového procesoru bez změny ISA má za následek novou mikroarchitekturu. Mikroarchitektury postavené na stejném ISA se mohou výrazně lišit, ale mohou provozovat stejný kód, i když jeden čip jasně funguje lépe než druhý. Společnosti mají tendenci vytvářet nové mikroarchitektury za účelem zvýšení výkonu, přidávat nové instrukce (známé jako rozšíření, protože nejsou v rámci základního ISA) nebo cílit na konkrétní aplikaci.

Dnes máme několik ISA, z nichž hlavní jsou x86 (spoluvlastněné Intel a AMD), ARM (vlastněné Arm, ale licencované jiným společnostem jako Apple a Samsung), RISC-V (otevřený standard ISA, který může kdokoli používat zdarma) a PowerPC (vlastněný IBM a většinou používaný pro datacentra a dříve mnoho konzolí jako PS3 a Wii). Existují přinejmenším stovky, ne-li tisíce, mikroarchitektur, s některými slavnými, včetně řady Zen od AMD, řady Lake od Intelu a řady Cortex od Arm.

ISA definovaly hranice v rámci tech

Skutečnost, že programátoři musí vytvořit kód speciálně pro určité ISA, aby mohli běžet nativně (tj. použít řešení, jako je emulace, která často funguje špatně), nutně vytvořilo mnoho zdí, pokud jde o počítače. Vývojáři mají tendenci soustředit se pouze na jeden ISA a toto téměř nerozbitné spojení mezi hardwarem a softwarem definovalo, kdo vyrábí procesory pro určité druhy zařízení.

x86 se téměř výhradně používá v desktopech, noteboocích a herních konzolách a tato zařízení zase téměř výhradně používají x86. ARM, RISC-V a PowerPC všechny fušovaly do těchto oblastí, ale x86 jim všem dominuje. Ani to nestačí Microsoft vytvořil ARM verzi Windows protože vývojáři softwaru třetích stran potřebují vytvořit ARM verze jejich aplikacía jen velmi málo z nich má. Na druhou stranu, vlastnictví macOS Applu značně usnadnilo (i když stále náročné) přechod z x86 čipů Intel na vlastní.

Stejně tak se ARM drží na telefonech a tabletech, a to platí zhruba dvě desetiletí. Mezitím Intel začal vyrábět čipy x86 pro telefony na konci roku 2000 prakticky celý trh používal ARM léta a Intel měl problém přesvědčit společnosti, aby přešly.

Dnes se zdá, že hranice, které ISA vytvořily, se většinou upevnily. Je extrémně nepravděpodobné, že by čipy ARM někdy předstihly x86 v desktopech a noteboocích (i když Apple zde dělá významný pokrok) a je téměř jisté, že smartphony budou vždy používat PAŽE. Na rozvíjejících se trzích, jako jsou datová centra a zařízení internetu věcí (IoT), však existuje značná konkurence. RISC-V také uvádí přesvědčivý argument, že mnoho společností by raději vyrábělo vlastní čipy RISC-V pro aplikace, kde potřeba kompatibility v rámci širokého ekosystému není ve skutečnosti problémem. Možná se v daleké budoucnosti některé z těchto standardů ISA přestanou používat, ale zdá se pravděpodobné, že v jeden okamžik bude relevantních pouze několik významných standardů ISA.

Mikroarchitektury mohou váš zážitek na zařízení změnit nebo narušit

I když marketing firem nemůžete brát bez zrnka soli, je pravda, že mikroarchitektury mohou mít výrazný vliv na hraní her, profesionální práci nebo i běžné používání počítače. Pokud přemýšlíte, zda ve svém zařízení potřebujete nejnovější mikroarchitekturu nebo ne, zde je několik věcí, které je třeba zvážit.

Hry často netěží ze všeho, co nová mikroarchitektura CPU nabízí, jako je zvýšení počtu instrukcí na takt (IPC), protože hry ve skutečnosti nevyužívají tolik hrubých zdrojů. Mikroarchitektury však mohou přijít s navýšením rychlosti hodin, další mezipamětí a dalšími vlastnostmi, které mohou být lepší pro hraní her. Pokud hrajete videohry s vysokou snímkovou frekvencí, může být váš zážitek výrazně vylepšen použitím nejnovějšího procesoru. Možná je čas zvážit upgrade, pokud je váš procesor starší než pět let.

Upgrade na nový GPU s novou mikroarchitekturou může být také dobrý nápad. Nové grafické karty někdy představují nové funkce, jako je DLSS společnosti Nvidia (která je k dispozici pouze na kartách značky RTX a DLSS 3 pouze na řada RTX 40) a kódování AV1 přítomné pouze na nejnovějších GPU RTX 40, RX 7000 a Arc Alchemist. Navíc herní výkon panty na grafické kartě a nové mikroarchitektury jsou často spárovány s kartami, které mají mnohem více surového výkonu a VRAM než starší jedničky.

Měli byste upgradovat na CPU s novou architekturou?

Pokud jde o profesionální a kreativní práci, jako je vykreslování, střih videa a další úkoly, pořízení nového CPU nebo GPU se často vyplatí jak kvůli novým funkcím, tak obecně vyššímu výkonu. Někdy jsou užitečné například další instrukce CPU, jako je AVX. Potenciální zvýšení výkonu se však může značně lišit v závislosti na aplikaci a měli byste prozkoumat svůj software, abyste zjistili, zda může těžit z novějšího hardwaru.

Pro běžné uživatele nejsou výhody novějšího hardwaru tak zřejmé, protože základní aplikace mohou běžet v podstatě na čemkoli, co bylo vyrobeno za poslední desetiletí. Zejména uživatelům notebooků však mikroarchitektura často přináší zvýšenou efektivitu a lepší účinnost obvykle znamená nižší spotřebu energie, což zase znamená lepší výdrž baterie.