Τι είναι μια αρχιτεκτονική υπολογιστή;

Μεταξύ παρουσιάσεων από εταιρείες τεχνολογίας όπως η AMD, η Apple ή η Intel και τα φύλλα προδιαγραφών για ορισμένες συσκευές και άλλα προϊόντα, σχεδόν σίγουρα έχετε τουλάχιστον ακούστηκε η λέξη αρχιτεκτονική. Η Apple καυχιέται ότι τα τσιπ M1 και M2 της χρησιμοποιούν το ΜΠΡΑΤΣΟ αρχιτεκτονική και η AMD τονίζει ότι η αρχιτεκτονική Zen 4 της είναι καλύτερη από την αρχιτεκτονική Raptor Lake της Intel. Αλλά σε όλο το μάρκετινγκ, ποτέ δεν εξηγείται πραγματικά τι είναι στην πραγματικότητα η «αρχιτεκτονική». Εδώ είναι όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τις αρχιτεκτονικές και γιατί έχουν σημασία.

Αρχιτεκτονική: η βάση ενός επεξεργαστή

Η αρχιτεκτονική είναι μια ασαφής λέξη στην τεχνολογία, αλλά μιλάω εδώ για αρχιτεκτονικές συνόλων εντολών (ISA) και μικροαρχιτεκτονικές. Τόσο οι ISA όσο και οι μικροαρχιτεκτονικές συντομεύονται σε αρχιτεκτονικές επειδή είναι ασυνήθιστο να μπερδεύονται ISA και μικροαρχιτεκτονικές. Επιπλέον, θα μιλήσω κυρίως για αρχιτεκτονικές CPU, αλλά άλλοι επεξεργαστές όπως οι GPU χρησιμοποιούν τόσο ISA όσο και μικροαρχιτεκτονικές.

Το ISA είναι ένα καλό σημείο εκκίνησης γιατί είναι το πιο βασικό μέρος ενός επεξεργαστή και είναι αυτό που περιέχει το πιο θεμελιώδες μέρος του πτυχές, όπως οδηγίες (όπως πρόσθεση και πολλαπλασιασμός) και χαρακτηριστικά (όπως η δυνατότητα χειρισμού αριθμών που έχουν 32 δεκαδικά μέρη). Οι επεξεργαστές που χρησιμοποιούν ένα συγκεκριμένο ISA μπορούν να εκτελέσουν μόνο κώδικα που έχει σχεδιαστεί για αυτό το ISA (αν και η εξομοίωση είναι μια λύση). Γι' αυτό ήταν μεγάλη υπόθεση όταν η Apple άρχισε να πουλά Mac με πυρίτιο της Apple επειδή το macOS κατασκευάστηκε για επεξεργαστές Intel που χρησιμοποιούν x86 ISA και τα τσιπ της Apple χρησιμοποιούν το ARM ISA.

Οι μικροαρχιτεκτονικές μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο gaming, στην επαγγελματική εργασία ή ακόμα και στην περιστασιακή χρήση υπολογιστή.

Εν ολίγοις, η μικροαρχιτεκτονική είναι αυτό που συνδέει διαφορετικά μέρη του επεξεργαστή και πώς αυτά διασυνδέονται και διαλειτουργούν για την υλοποίηση του ISA. Αν λοιπόν οι ISA είναι σαν διαφορετικές γλώσσες, τότε οι μικροαρχιτεκτονικές είναι διάλεκτοι. Ο σχεδιασμός ενός ολοκαίνουργιου τσιπ δεν απαιτεί την απόρριψη του ISA και η δημιουργία ενός νέου επεξεργαστή χωρίς αλλαγή του ISA οδηγεί σε μια νέα μικροαρχιτεκτονική. Οι μικροαρχιτεκτονικές που βασίζονται στο ίδιο ISA μπορεί να είναι πολύ διαφορετικές, αλλά να εκτελούν τον ίδιο κώδικα, ακόμα κι αν το ένα τσιπ αποδίδει σαφώς καλύτερα από το άλλο. Οι εταιρείες τείνουν να φτιάχνουν νέες μικροαρχιτεκτονικές για να αυξήσουν την απόδοση, να προσθέσουν νέες οδηγίες (γνωστές ως επεκτάσεις καθώς δεν ανήκουν στο βασικό ISA) ή να στοχεύσουν μια συγκεκριμένη εφαρμογή.

Σήμερα, έχουμε μια χούφτα ISA, με τα κυριότερα από αυτά να είναι τα x86 (συνιδιοκτησία της Intel και της AMD), η ARM (η ιδιοκτησία της Arm αλλά έχει άδεια σε άλλες εταιρείες όπως η Apple και η Samsung), RISC-V (ένας ISA ανοιχτών προδιαγραφών που μπορεί να χρησιμοποιήσει ο καθένας δωρεάν) και PowerPC (που ανήκει στην IBM και χρησιμοποιείται κυρίως για στοιχεία datacenter και παλαιότερα πολλές κονσόλες όπως το PS3 και το Wii). Υπάρχουν τουλάχιστον εκατοντάδες, αν όχι χιλιάδες, μικροαρχιτεκτονικές εκεί έξω, με μερικές διάσημες, όπως η σειρά Zen από την AMD, η σειρά Lake από την Intel και η σειρά Cortex από την Arm.

Οι ISA έχουν καθορίσει τα όρια εντός της τεχνολογίας

Το γεγονός ότι οι προγραμματιστές πρέπει να δημιουργήσουν κώδικα ειδικά για ορισμένα ISA προκειμένου να εκτελεστούν εγγενώς (δηλαδή, χωρίς να χρειάζονται η χρήση μιας λύσης όπως η εξομοίωση, η οποία συχνά έχει κακή απόδοση) έχει αναγκαστικά δημιουργήσει πολλούς τοίχους όταν πρόκειται για Υπολογιστές. Οι προγραμματιστές τείνουν να επικεντρώνονται σε ένα μόνο ISA και αυτή η σχεδόν άρρηκτη σύνδεση μεταξύ υλικού και λογισμικού έχει καθορίσει ποιος κατασκευάζει τους επεξεργαστές για ορισμένα είδη συσκευών.

Το x86 χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά σε επιτραπέζιους υπολογιστές, φορητούς υπολογιστές και κονσόλες παιχνιδιών και αυτές οι συσκευές με τη σειρά τους χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά το x86. Το ARM, το RISC-V και το PowerPC έχουν εμπλακεί σε αυτούς τους τομείς, αλλά το x86 κυριαρχεί σε όλους. Δεν αρκεί καν αυτό Η Microsoft δημιούργησε μια έκδοση ARM των Windows επειδή οι προγραμματιστές λογισμικού τρίτων πρέπει να κάνουν ARM εκδόσεις των εφαρμογών τους, και πολύ λίγοι από αυτούς έχουν. Από την άλλη πλευρά, η ιδιοκτησία του macOS από την Apple κατέστησε πολύ πιο εύκολη (αν και ακόμα δύσκολη) τη μετάβαση από τα τσιπ x86 της Intel στα δικά της.

Ομοίως, η ARM έχει ασφυξία σε τηλέφωνα και tablet, και αυτό ισχύει για περίπου δύο δεκαετίες. Ωσπου Η Intel άρχισε να φτιάχνει τσιπ x86 για τηλέφωνα στα τέλη της δεκαετίας του 2000, σχεδόν ολόκληρη η αγορά χρησιμοποιούσε την ARM για χρόνια και η Intel δυσκολευόταν να πείσει τις εταιρείες να αλλάξουν.

Σήμερα, φαίνεται ότι τα όρια που δημιούργησαν οι ISA έχουν ως επί το πλείστον στερεοποιηθεί. Είναι εξαιρετικά απίθανο τα τσιπ ARM ​​να ξεπεράσουν ποτέ το x86 σε επιτραπέζιους και φορητούς υπολογιστές (παρόλο που Η Apple κάνει σημαντική πρόοδο εδώ) και είναι βέβαιο ότι τα smartphone θα χρησιμοποιούν πάντα ΜΠΡΑΤΣΟ. Ωστόσο, υπάρχει σημαντικός ανταγωνισμός σε αναδυόμενες αγορές όπως τα κέντρα δεδομένων και οι συσκευές Διαδικτύου των πραγμάτων (IoT). Το RISC-V προβάλλει επίσης ένα συναρπαστικό επιχείρημα ότι πολλές εταιρείες θα προτιμούσαν να φτιάξουν τα δικά τους τσιπ RISC-V για εφαρμογές όπου η ανάγκη συμβατότητας σε ένα ευρύ οικοσύστημα δεν αποτελεί πραγματικά πρόβλημα. Ίσως στο απώτερο μέλλον, ορισμένοι από αυτούς τους ISA θα τεθούν εκτός χρήσης, αλλά φαίνεται πιθανό ότι μόνο μερικά μεγάλα ISA θα είναι πάντα σχετικά ανά πάσα στιγμή.

Οι μικροαρχιτεκτονικές μπορούν να κάνουν ή να χαλάσουν την εμπειρία σας σε μια συσκευή

Αν και δεν μπορείτε να αντέξετε το μάρκετινγκ των εταιρειών χωρίς λίγο αλάτι, είναι αλήθεια ότι οι μικροαρχιτεκτονικές μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο gaming, την επαγγελματική εργασία ή ακόμα και την περιστασιακή χρήση υπολογιστή. Αν αναρωτιέστε αν χρειάζεστε την πιο πρόσφατη μικροαρχιτεκτονική στη συσκευή σας ή όχι, εδώ είναι μερικά πράγματα που πρέπει να λάβετε υπόψη.

Τα παιχνίδια συχνά δεν επωφελούνται από όλα όσα έχει να προσφέρει μια νέα μικροαρχιτεκτονική CPU, όπως η ενίσχυση των εντολών ανά ρολόι (IPC), καθώς τα παιχνίδια στην πραγματικότητα δεν χρησιμοποιούν τόσους πολλούς ακατέργαστους πόρους. Ωστόσο, οι μικροαρχιτεκτονικές μπορούν να συνοδεύονται από αυξήσεις στην ταχύτητα ρολογιού, πρόσθετη κρυφή μνήμη και άλλα χαρακτηριστικά που μπορεί να είναι καλύτερα για παιχνίδια. Εάν παίζετε βιντεοπαιχνίδια σε υψηλούς ρυθμούς καρέ, η εμπειρία σας μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά χρησιμοποιώντας τον πιο πρόσφατο επεξεργαστή. Ίσως είναι καιρός να εξετάσετε το ενδεχόμενο αναβάθμισης εάν η CPU σας είναι άνω των πέντε ετών.

Η αναβάθμιση σε μια νέα GPU με νέα μικροαρχιτεκτονική μπορεί επίσης να είναι μια καλή ιδέα. Οι νέες κάρτες γραφικών εισάγουν μερικές φορές νέες δυνατότητες, όπως το DLSS της Nvidia (το οποίο είναι διαθέσιμο μόνο σε κάρτες με επωνυμία RTX και το DLSS 3 μόνο σε η σειρά RTX 40) και η κωδικοποίηση AV1 υπάρχουν μόνο στις πιο πρόσφατες GPU RTX 40, RX 7000 και Arc Alchemist. Επιπλέον, απόδοση gaming μεντεσέδες στην κάρτα γραφικών και οι νέες μικροαρχιτεκτονικές συχνά συνδυάζονται με κάρτες που έχουν πολύ περισσότερη ακατέργαστη ιπποδύναμη και VRAM από παλαιότερες αυτές.

Πρέπει να κάνετε αναβάθμιση σε CPU με νέες αρχιτεκτονικές;

Όταν πρόκειται για επαγγελματική και δημιουργική εργασία, όπως η απόδοση, η επεξεργασία βίντεο και άλλες εργασίες, η απόκτηση μιας νέας CPU ή GPU συχνά αξίζει τον κόπο τόσο για νέες δυνατότητες όσο και γενικά για υψηλότερη απόδοση. Πρόσθετες οδηγίες CPU όπως το AVX είναι μερικές φορές χρήσιμες, για παράδειγμα. Ωστόσο, τα πιθανά κέρδη απόδοσης μπορεί να διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με την εφαρμογή και θα πρέπει να ερευνήσετε το λογισμικό σας για να δείτε εάν μπορεί να επωφεληθεί από το νεότερο υλικό.

Για τους απλούς χρήστες, τα οφέλη του νεότερου υλικού δεν είναι τόσο εμφανή, καθώς οι βασικές εφαρμογές μπορούν να εκτελεστούν σχεδόν σε οτιδήποτε έχει κατασκευαστεί την τελευταία δεκαετία. Ωστόσο, ειδικά για τους χρήστες φορητών υπολογιστών, μια μικροαρχιτεκτονική συχνά φέρνει αυξημένη απόδοση και καλύτερη απόδοση συνήθως σημαίνει χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, η οποία με τη σειρά της σημαίνει καλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.