Hvad er en computerarkitektur?

Mellem præsentationer fra teknologivirksomheder som AMD, Apple eller Intel og specifikationer for visse enheder og andre produkter, har du næsten helt sikkert mindst hørt ordet arkitektur. Apple praler, at dens M1- og M2-chips bruger ARM arkitektur, og AMD fremhæver, at dens Zen 4-arkitektur er bedre end Intels Raptor Lake-arkitektur. Men i al markedsføringen er det aldrig rigtigt forklaret, hvad "arkitektur" egentlig er. Her er alt, hvad du behøver at vide om arkitekturer, og hvorfor de betyder noget.

Arkitektur: grundlaget for en processor

Arkitektur er et vagt ord inden for teknologi, men jeg taler her om instruktionssætarkitekturer (ISA) og mikroarkitekturer. Både ISA'er og mikroarkitekturer er forkortet til arkitekturer, fordi det er usædvanligt at få ISA'er og mikroarkitekturer forvirrede. Derudover vil jeg mest tale om CPU-arkitekturer, men andre processorer som GPU'er bruger både ISA'er og mikroarkitekturer.

ISA er et godt udgangspunkt, fordi det er den mest grundlæggende del af en processor og er det, der indeholder dens mest grundlæggende aspekter, såsom instruktioner (som addition og multiplikation) og funktioner (som at kunne håndtere tal, der har 32 decimaler steder). Processorer, der bruger en bestemt ISA, kan kun køre kode designet til den ISA (selvom emulering er en løsning). Derfor var det en stor sag, da Apple begyndte at sælge Macs med Apple-silicium, fordi macOS blev bygget til Intel-CPU'er, der bruger x86 ISA og Apples chips bruger ARM ISA.

Mikroarkitekturer kan have en betydelig indflydelse på spil, professionelt arbejde eller endda tilfældig computerbrug.

Kort sagt er mikroarkitekturen det, der forbinder forskellige dele af processoren, og hvordan de forbinder og interopererer for at implementere ISA. Så hvis ISA'er er som forskellige sprog, så er mikroarkitekturer dialekter. At designe en helt ny chip kræver ikke at smide ISA'en ud, og at skabe en ny processor uden at ændre ISA'en resulterer i en ny mikroarkitektur. Mikroarkitekturer bygget på den samme ISA kan være vidt forskellige, men køre den samme kode, selvom den ene chip klart klarer sig bedre end den anden. Virksomheder har en tendens til at lave nye mikroarkitekturer for at øge ydeevnen, tilføje nye instruktioner (kendt som udvidelser, da de ikke er inden for basis-ISA) eller målrette mod en specifik applikation.

I dag har vi en håndfuld ISA'er, hvor de vigtigste er x86 (samejet af Intel og AMD), ARM (ejet af Arm, men licenseret til andre virksomheder som Apple og Samsung), RISC-V (en åben standard ISA, som alle kan bruge gratis) og PowerPC (ejet af IBM og mest brugt til datacenterting og tidligere masser af konsoller som PS3 og Wii). Der er mindst hundredvis, hvis ikke tusindvis, af mikroarkitekturer derude, med nogle berømte, inklusive Zen-serien fra AMD, Lake-serien fra Intel og Cortex-serien fra Arm.

ISA'er har defineret grænserne inden for teknologi

Det faktum, at programmører skal lave kode specifikt til visse ISA'er for at køre indbygget (det vil sige uden at skulle at bruge en løsning som emulering, som ofte fungerer dårligt) har nødvendigvis skabt mange vægge, når det kommer til computere. Udviklere har en tendens til at fokusere på kun én ISA, og den næsten ubrydelige forbindelse mellem hardware og software har defineret, hvem der laver processorerne til visse slags enheder.

x86 bruges næsten udelukkende i desktops, bærbare computere og spillekonsoller, og disse enheder bruger til gengæld næsten udelukkende x86. ARM, RISC-V og PowerPC har alle beskæftiget sig med disse områder, men x86 dominerer dem alle. Det er ikke engang nok det Microsoft har lavet en ARM-version af Windows fordi tredjeparts softwareudviklere skal lave ARM-versioner af deres apps, og meget få af dem har. På den anden side gjorde Apples ejerskab af macOS det meget nemmere (omend stadig udfordrende) at skifte fra x86 Intel-chips til sine egne.

Ligeledes har ARM kvælertag på telefoner og tablets, og det har været sandt i omkring to årtier. Når Intel begyndte at lave x86-chips til telefoner i slutningen af ​​2000'erne havde stort set hele markedet brugt ARM i årevis, og Intel havde svært ved at overbevise virksomheder om at skifte.

I dag ser det ud til, at de grænser, som ISA'er skabte, for det meste er størknet. Det er ekstremt usandsynligt, at ARM-chips nogensinde vil overhale x86 i stationære og bærbare computere (selvom Apple gør betydelige fremskridt her), og det er næsten sikkert, at smartphones altid vil bruge ARM. Der er dog betydelig konkurrence på nye markeder som datacentre og Internet of Things (IoT) enheder. RISC-V fremfører også et overbevisende argument for, at mange virksomheder hellere vil lave deres egne RISC-V-chips til applikationer, hvor behovet for kompatibilitet på tværs af et bredt økosystem egentlig ikke er et problem. Måske i en fjern fremtid vil nogle af disse ISA'er falde ud af brug, men det forekommer sandsynligt, at kun nogle få større ISA'er nogensinde vil være relevante på et hvilket som helst tidspunkt.

Mikroarkitekturer kan gøre eller ødelægge din oplevelse på en enhed

Selvom du ikke kan tage markedsføring af virksomheder uden et gran salt, er det rigtigt, at mikroarkitekturer kan have en betydelig indflydelse på spil, professionelt arbejde eller endda tilfældigt computerbrug. Hvis du spekulerer på, om du har brug for den nyeste mikroarkitektur i din enhed eller ej, er her et par ting, du skal overveje.

Spil har ofte ikke gavn af alt, hvad en ny CPU-mikroarkitektur har at tilbyde, såsom et boost i instruktioner per ur (IPC), da spil faktisk ikke bruger så mange rå ressourcer. Mikroarkitekturer kan dog komme med boosts til clockhastighed, ekstra cache og andre egenskaber, der måske er bedre til spil. Hvis du spiller videospil ved høje billedhastigheder, kan din oplevelse blive væsentligt forbedret ved at bruge den nyeste processor. Det kan være på tide at overveje at opgradere, hvis din CPU er mere end fem år gammel.

Opgradering til en ny GPU med en ny mikroarkitektur kan også være en god idé. Nye grafikkort introducerer nogle gange nye funktioner såsom Nvidias DLSS (som kun er tilgængelig på RTX-mærkede kort og DLSS 3 kun på RTX 40-serien) og AV1-kodning kun til stede på de nyeste RTX 40, RX 7000 og Arc Alchemist GPU'er. Derudover spilydelse hængsler på grafikkortet, og nye mikroarkitekturer er ofte parret med kort, der har mange flere rå hestekræfter og VRAM end ældre dem.

Skal du opgradere til CPU'er med nye arkitekturer?

Når det kommer til professionelt og kreativt arbejde som rendering, videoredigering og andre opgaver, er det ofte værd at få en ny CPU eller GPU for både nye funktioner og generelt højere ydeevne. Yderligere CPU-instruktioner som AVX er nogle gange nyttige, for eksempel. Potentielle præstationsgevinster kan dog variere meget afhængigt af applikationen, og du bør undersøge din software for at se, om den kan drage fordel af nyere hardware.

For afslappede brugere er fordelene ved nyere hardware ikke så tydelige, da grundlæggende applikationer kan køre på stort set alt lavet inden for det sidste årti. Især for bærbare brugere giver en mikroarkitektur dog ofte øget effektivitet, og bedre effektivitet betyder normalt lavere strømforbrug, hvilket igen betyder bedre batterilevetid.