Mikä on tietokonearkkitehtuuri?

AMD: n, Applen tai Intelin kaltaisten teknologiayritysten esitysten ja tiettyjen laitteiden ja muiden tuotteiden teknisten tietojen välillä olet lähes varmasti ainakin kuullut sana arkkitehtuuri. Apple kehuu, että sen M1- ja M2-sirut käyttävät ARM arkkitehtuuri, ja AMD korostaa, että sen Zen 4 -arkkitehtuuri on parempi kuin Intelin Raptor Lake -arkkitehtuuri. Mutta kaikessa markkinoinnissa ei koskaan oikein selitetä, mitä "arkkitehtuuri" todellisuudessa on. Tässä on kaikki, mitä sinun tulee tietää arkkitehtuureista ja niiden merkityksestä.

Arkkitehtuuri: prosessorin perusta

Arkkitehtuuri on epämääräinen sana tekniikassa, mutta puhun tässä ohjesarjaarkkitehtuureista (ISA) ja mikroarkkitehtuureista. Sekä ISA: t että mikroarkkitehtuurit lyhennetään arkkitehtuureiksi, koska on epätavallista sekoittaa ISA: t ja mikroarkkitehtuurit. Lisäksi puhun enimmäkseen CPU-arkkitehtuureista, mutta muut prosessorit, kuten GPU: t, käyttävät sekä ISA: ita että mikroarkkitehtuureja.

ISA on hyvä lähtökohta, koska se on prosessorin perusosa ja sisältää sen perustavanlaatuisimman näkökohdat, kuten ohjeet (kuten yhteen- ja kertolasku) ja ominaisuudet (kuten kyky käsitellä numeroita, joissa on 32 desimaaleja paikat). Tiettyä ISA: ta käyttävät prosessorit voivat suorittaa vain tälle ISA: lle suunniteltua koodia (vaikka emulointi on kiertotapa). Siksi oli iso juttu, kun Apple alkoi myydä Applen piitä sisältäviä Mac-tietokoneita, koska macOS rakennettiin Intel-suorittimille, jotka käyttävät x86 ISA ja Applen sirut käyttävät ARM ISA.

Mikroarkkitehtuurit voivat vaikuttaa merkittävästi pelaamiseen, ammattityöhön tai jopa satunnaiseen tietokoneen käyttöön.

Lyhyesti sanottuna mikroarkkitehtuuri on se, mikä yhdistää prosessorin eri osat ja kuinka ne liittyvät toisiinsa ja toimivat yhteen ISA: n toteuttamiseksi. Joten jos ISA: t ovat kuin eri kieliä, mikroarkkitehtuurit ovat murteita. Upouuden sirun suunnittelu ei edellytä ISA: n heittämistä pois, ja uuden prosessorin luominen ISA: ta muuttamatta johtaa uuteen mikroarkkitehtuuriin. Samalle ISA: lle rakennetut mikroarkkitehtuurit voivat olla hyvin erilaisia, mutta ne käyttävät samaa koodia, vaikka yksi siru toimisi selvästi paremmin kuin toinen. Yrityksillä on taipumus tehdä uusia mikroarkkitehtuureja parantaakseen suorituskykyä, lisätäkseen uusia ohjeita (jota kutsutaan laajennuksiksi, koska ne eivät ole perus-ISA: n sisällä) tai kohdistaakseen tiettyyn sovellukseen.

Nykyään meillä on kourallinen ISA: ita, joista tärkeimmät ovat x86 (Intelin ja AMD: n yhteisomistuksessa), ARM (Armin omistama, mutta lisensoitu muille yrityksille, kuten Applelle ja Samsungille), RISC-V (avoin standardin ISA, jota kuka tahansa voi käyttää ilmaiseksi) ja PowerPC (IBM: n omistama ja käytetty enimmäkseen datakeskustavaroihin ja aiemmin moniin konsoleihin, kuten PS3 ja Wii). Siellä on ainakin satoja, ellei tuhansia mikroarkkitehtuureja, joista tunnetuimpia ovat muun muassa Zen-sarja AMD: ltä, Lake-sarja Inteliltä ja Cortex-sarja Armilta.

ISA: t ovat määrittäneet tekniikan rajat

Se, että ohjelmoijien on tehtävä koodi erityisesti tietyille ISA: ille toimiakseen natiivisti (eli ilman tarvetta käyttää kiertotapaa, kuten emulointia, joka toimii usein huonosti) on väistämättä luonut paljon seiniä, kun on kyse tietokoneita. Kehittäjät keskittyvät yleensä vain yhteen ISA: han, ja melkein katkeamaton yhteys laitteiston ja ohjelmiston välillä on määrittänyt, kuka valmistaa prosessorit tietyille laitteille.

x86:ta käytetään lähes yksinomaan pöytätietokoneissa, kannettavissa tietokoneissa ja pelikonsoleissa, ja nämä laitteet puolestaan ​​käyttävät lähes yksinomaan x86:ta. ARM, RISC-V ja PowerPC ovat kaikki harrastaneet näitä alueita, mutta x86 hallitsee niitä kaikkia. Ei se edes riitä Microsoft on tehnyt Windowsista ARM-version koska kolmannen osapuolen ohjelmistokehittäjien on tehtävä sovellusten ARM-versiot, ja hyvin harvalla heistä on. Toisaalta Applen macOS-omistus teki paljon helpommaksi (vaikkakin edelleen haastavaksi) siirtymisen x86 Intel-siruista omiin.

Samoin ARM: lla on kuristusotteena puhelimissa ja tableteissa, ja se on ollut totta noin kahden vuosikymmenen ajan. Siihen mennessä Intel alkoi valmistaa x86-siruja puhelimiin 2000-luvun lopulla käytännöllisesti katsoen koko markkina-alue oli käyttänyt ARM: ia vuosia, ja Intelin oli vaikea saada yrityksiä vaihtamaan.

Nykyään näyttää siltä, ​​että ISA: n luomat rajat ovat enimmäkseen jähmettyneet. On erittäin epätodennäköistä, että ARM-sirut ohittaisivat x86:n pöytätietokoneissa ja kannettavissa tietokoneissa (vaikkakin Apple edistyy merkittävästi tässä), ja on aivan varmaa, että älypuhelimet käyttävät aina ARM. Kehittyvillä markkinoilla, kuten datakeskuksissa ja Internet of Things (IoT) -laitteissa, on kuitenkin merkittävää kilpailua. RISC-V esittää myös vakuuttavan argumentin, että monet yritykset tekisivät mieluummin omia RISC-V-siruja sovelluksiin, joissa yhteensopivuuden tarve laajassa ekosysteemissä ei ole varsinaista huolta. Ehkä kaukaisessa tulevaisuudessa jotkut näistä ISA: ista jäävät pois käytöstä, mutta näyttää todennäköiseltä, että vain muutamat suuret ISA: t tulevat olemaan merkityksellisiä milloin tahansa.

Mikroarkkitehtuurit voivat tehdä tai rikkoa kokemuksesi laitteella

Vaikka yritysten markkinointia ei voi sietää ilman suolaa, on totta, että mikroarkkitehtuurit voivat vaikuttaa merkittävästi pelaamiseen, ammattityöhön tai jopa satunnaiseen tietokoneen käyttöön. Jos mietit, tarvitsetko laitteeseesi uusimman mikroarkkitehtuurin vai et, tässä on muutamia huomioitavia asioita.

Pelit eivät usein hyödy kaikesta, mitä uusi suorittimen mikroarkkitehtuuri tarjoaa, kuten tehostettua käskyjä kohti kelloa (IPC), koska pelit eivät itse asiassa käytä niin paljon raakaresursseja. Mikroarkkitehtuurit voivat kuitenkin lisätä kellonopeutta, lisätä välimuistia ja muita ominaisuuksia, jotka saattavat olla parempia pelaamiseen. Jos pelaat videopelejä suurilla kehysnopeuksilla, uusin prosessori voi parantaa kokemustasi huomattavasti. Saattaa olla aika harkita päivittämistä, jos suorittimesi on yli viisi vuotta vanha.

Päivitys uuteen GPU: hun uudella mikroarkkitehtuurilla voi myös olla hyvä idea. Uudet näytönohjaimet tuovat joskus uusia ominaisuuksia, kuten Nvidian DLSS: n (joka on saatavilla vain RTX-merkkisille korteille ja DLSS 3 vain RTX 40 -sarja) ja AV1-koodaus ovat vain uusimmissa RTX 40-, RX 7000- ja Arc Alchemist -grafiikkasuorittimissa. Lisäksi pelin suorituskyky riippuu näytönohjaimesta, ja uudet mikroarkkitehtuurit yhdistetään usein kortteihin, joissa on paljon enemmän raakaa hevosvoimaa ja VRAM-muistia kuin vanhemmissa yhdet.

Pitäisikö sinun päivittää prosessoreihin uusilla arkkitehtuureilla?

Mitä tulee ammattimaiseen ja luovaan työhön, kuten renderöintiin, videoeditointiin ja muihin tehtäviin, uuden suorittimen tai grafiikkasuorittimen hankkiminen on usein sen arvoista sekä uusien ominaisuuksien että yleensä paremman suorituskyvyn vuoksi. Prosessorin lisäohjeet, kuten AVX, ovat joskus hyödyllisiä esimerkiksi. Mahdolliset suorituskyvyn lisäykset voivat kuitenkin vaihdella suuresti sovelluksesta riippuen, ja sinun tulee tutkia ohjelmistoasi nähdäksesi, voiko se hyötyä uudemmista laitteistoista.

Satunnaisille käyttäjille uudempien laitteistojen edut eivät ole niin ilmeisiä, koska perussovellukset voivat toimia melkein missä tahansa viime vuosikymmenen aikana tehdyssä. Varsinkin kannettavien tietokoneiden käyttäjille mikroarkkitehtuuri tuo kuitenkin usein lisää tehokkuutta, ja parempi hyötysuhde tarkoittaa yleensä pienempää virrankulutusta, mikä puolestaan ​​tarkoittaa parempaa akun kestoa.