¿Qué es una arquitectura de computadora?

Entre presentaciones de empresas de tecnología como AMD, Apple o Intel y hojas de especificaciones para ciertos dispositivos y otros productos, es casi seguro que al menos hayas escuchó La palabra arquitectura. Apple se jacta de que sus chips M1 y M2 utilizan el BRAZO arquitectura, y AMD destaca que su arquitectura Zen 4 es mejor que la arquitectura Raptor Lake de Intel. Pero en todo el marketing, nunca se explica realmente qué es realmente la "arquitectura". Aquí encontrará todo lo que necesita saber sobre las arquitecturas y por qué son importantes.

Arquitectura: la base de un procesador

Arquitectura es una palabra vaga en tecnología, pero aquí estoy hablando de arquitecturas de conjuntos de instrucciones (ISA) y microarquitecturas. Tanto las ISA como las microarquitecturas se abrevian como arquitecturas porque es inusual confundir las ISA y las microarquitecturas. Además, hablaré principalmente de arquitecturas de CPU, pero otros procesadores, como las GPU, utilizan tanto ISA como microarquitecturas.

La ISA es un buen punto de partida porque es la parte más básica de un procesador y es la que contiene sus componentes más fundamentales. aspectos, como instrucciones (como suma y multiplicación) y características (como poder manejar números que tienen 32 decimales). lugares). Los procesadores que utilizan una determinada ISA sólo pueden ejecutar código diseñado para esa ISA (aunque la emulación es una solución alternativa). Es por eso que fue tan importante cuando Apple comenzó a vender Mac con Apple Silicon porque macOS fue creado para CPU Intel que usan el x86 ISA y los chips de Apple usan el BRAZO ISA.

Las microarquitecturas pueden tener un impacto significativo en los juegos, el trabajo profesional o incluso el uso ocasional de la computadora.

En resumen, la microarquitectura es lo que conecta las diferentes partes del procesador y cómo se interconectan e interoperan para implementar ISA. Entonces, si las ISA son como idiomas diferentes, entonces las microarquitecturas son dialectos. Diseñar un chip nuevo no requiere desechar el ISA, y crear un nuevo procesador sin alterar el ISA da como resultado una nueva microarquitectura. Las microarquitecturas construidas sobre el mismo ISA pueden ser muy diferentes pero ejecutar el mismo código, incluso si un chip claramente funciona mejor que el otro. Las empresas tienden a crear nuevas microarquitecturas para aumentar el rendimiento, agregar nuevas instrucciones (conocidas como extensiones ya que no están dentro de la ISA base) o apuntar a una aplicación específica.

Hoy en día, tenemos un puñado de ISA, siendo las principales x86 (copropiedad de Intel y AMD), ARM (propiedad de Arm pero con licencia a otras empresas como Apple y Samsung), RISC-V (un ISA de estándar abierto que cualquiera puede usar de forma gratuita) y PowerPC (propiedad de IBM y utilizado principalmente para centros de datos y anteriormente para muchas consolas como PS3 y Wii). Existen al menos cientos, si no miles, de microarquitecturas, algunas de las cuales son famosas, incluida la serie Zen de AMD, la serie Lake de Intel y la serie Cortex de Arm.

Las ISA han definido los límites dentro de la tecnología

El hecho de que los programadores tengan que crear código específicamente para ciertas ISA para poder ejecutarse de forma nativa (es decir, sin necesidad de utilizar una solución alternativa como la emulación, que a menudo funciona mal) necesariamente ha creado muchos muros cuando se trata de ordenadores. Los desarrolladores tienden a centrarse en una sola ISA, y ese vínculo casi inquebrantable entre hardware y software ha definido quién fabrica los procesadores para ciertos tipos de dispositivos.

x86 se usa casi exclusivamente en computadoras de escritorio, portátiles y consolas de juegos, y esos dispositivos, a su vez, usan casi exclusivamente x86. ARM, RISC-V y PowerPC han incursionado en estas áreas, pero x86 las domina a todas. Ni siquiera es suficiente que Microsoft ha creado una versión ARM de Windows porque los desarrolladores de software de terceros deben hacer Versiones ARM de sus aplicaciones, y muy pocos de ellos lo han hecho. Por otro lado, la propiedad de macOS por parte de Apple hizo que fuera mucho más fácil (aunque aún desafiante) cambiar de chips Intel x86 a los suyos propios.

Del mismo modo, ARM tiene un dominio absoluto sobre los teléfonos y tabletas, y eso ha sido así durante aproximadamente dos décadas. Para el momento Intel comenzó a fabricar chips x86 para teléfonos A finales de la década de 2000, prácticamente todo el mercado había estado usando ARM durante años, e Intel tuvo dificultades para convencer a las empresas de que cambiaran.

Hoy en día, parece que los límites que crearon las ISA se han solidificado en su mayor parte. Es extremadamente improbable que los chips ARM superen alguna vez al x86 en computadoras de escritorio y portátiles (aunque Apple está haciendo avances significativos en este sentido), y es casi seguro que los teléfonos inteligentes siempre utilizarán BRAZO. Sin embargo, existe una competencia significativa en los mercados emergentes como los centros de datos y los dispositivos de Internet de las cosas (IoT). RISC-V también presenta un argumento convincente de que muchas empresas preferirían fabricar sus propios chips RISC-V para aplicaciones donde la necesidad de compatibilidad en un amplio ecosistema no es realmente una preocupación. Quizás en un futuro lejano algunas de estas NIA dejarán de utilizarse, pero parece probable que sólo unas pocas NIA importantes lleguen a ser relevantes en un momento determinado.

Las microarquitecturas pueden mejorar o deshacer su experiencia en un dispositivo

Aunque no se puede tomar el marketing de las empresas sin una pizca de sal, es cierto que las microarquitecturas pueden tener un impacto significativo en los juegos, el trabajo profesional o incluso el uso ocasional de la computadora. Si se pregunta si necesita la última microarquitectura en su dispositivo o no, aquí hay algunas cosas que debe considerar.

Los juegos a menudo no se benefician de todo lo que una nueva microarquitectura de CPU tiene para ofrecer, como un aumento en las instrucciones por reloj (IPC), ya que los juegos en realidad no utilizan tantos recursos sin procesar. Sin embargo, las microarquitecturas pueden incluir mejoras en la velocidad del reloj, caché adicional y otras características que podrían ser mejores para los juegos. Si juegas videojuegos con altas velocidades de fotogramas, tu experiencia podría mejorar significativamente si utilizas el procesador más reciente. Puede que sea el momento de considerar una actualización si su CPU tiene más de cinco años.

Actualizar a una nueva GPU con una nueva microarquitectura también podría ser una buena idea. Las nuevas tarjetas gráficas a veces introducen nuevas características como DLSS de Nvidia (que solo está disponible en tarjetas de la marca RTX y DLSS 3 solo en la serie RTX 40) y la codificación AV1 solo están presentes en las últimas GPU RTX 40, RX 7000 y Arc Alchemist. Además, el rendimiento de los juegos Depende de la tarjeta gráfica, y las nuevas microarquitecturas a menudo se combinan con tarjetas que tienen mucha más potencia bruta y VRAM que las anteriores. unos.

¿Debería actualizarse a CPU con nuevas arquitecturas?

Cuando se trata de trabajos profesionales y creativos como renderizado, edición de video y otras tareas, a menudo vale la pena adquirir una nueva CPU o GPU tanto por las nuevas funciones como por el mayor rendimiento en general. A veces, por ejemplo, resultan útiles instrucciones adicionales de la CPU, como AVX. Sin embargo, las posibles ganancias de rendimiento pueden variar ampliamente según la aplicación y usted debe investigar su software para ver si puede beneficiarse de un hardware más nuevo.

Para los usuarios ocasionales, los beneficios del hardware más nuevo no son tan evidentes, ya que las aplicaciones básicas pueden ejecutarse en prácticamente cualquier cosa creada en la última década. Sin embargo, para los usuarios de portátiles en particular, una microarquitectura a menudo aporta una mayor eficiencia, y una mayor eficiencia normalmente significa un menor consumo de energía, lo que a su vez significa una mejor duración de la batería.