Što je arhitektura računala?

Između prezentacija tehnoloških tvrtki kao što su AMD, Apple ili Intel i tablica sa specifikacijama za određene uređaje i druge proizvode, gotovo sigurno ste barem čuo riječ arhitektura. Apple se hvali da njegovi M1 i M2 čipovi koriste RUKA arhitekture, a AMD ističe da je njegova Zen 4 arhitektura bolja od Intelove Raptor Lake arhitekture. Ali u cijelom marketingu, nikada nije objašnjeno što je zapravo "arhitektura". Ovdje je sve što trebate znati o arhitekturi i zašto je ona važna.

Arhitektura: temelj procesora

Arhitektura je nejasna riječ u tehnici, ali ja ovdje govorim o arhitekturi skupa instrukcija (ISA) i mikroarhitekturi. I ISA i mikroarhitekture su skraćeno za arhitekture jer je neobično miješati ISA i mikroarhitekture. Osim toga, uglavnom ću govoriti o CPU arhitekturama, ali drugi procesori poput GPU-a koriste i ISA i mikroarhitekture.

ISA je dobra polazna točka jer je najosnovniji dio procesora i ono što sadrži njegovu najosnovniju vrijednost aspekte, poput uputa (poput zbrajanja i množenja) i značajki (poput mogućnosti rukovanja brojevima koji imaju 32 decimale mjesta). Procesori koji koriste određeni ISA mogu pokretati samo kod dizajniran za taj ISA (iako je emulacija zaobilazno rješenje). Zato je bila velika stvar kada je Apple počeo prodavati Mac računala s Apple silikonom jer je macOS napravljen za Intelove procesore koji koriste

x86 ISA i Appleovi čipovi koriste ARM ISA.

Mikroarhitekture mogu imati značajan utjecaj na igranje igara, profesionalni rad ili čak povremenu upotrebu računala.

Ukratko, mikroarhitektura je ono što povezuje različite dijelove procesora i način na koji se oni međusobno povezuju i rade kako bi implementirali ISA. Dakle, ako su ISA-ovi poput različitih jezika, onda su mikroarhitekture dijalekti. Dizajniranje potpuno novog čipa ne zahtijeva izbacivanje ISA-e, a stvaranje novog procesora bez mijenjanja ISA-e rezultira novom mikroarhitekturom. Mikroarhitekture izgrađene na istom ISA-u mogu biti uvelike različite, ali pokretati isti kod, čak i ako je jedan čip očito bolji od drugog. Tvrtke imaju tendenciju stvarati nove mikroarhitekture kako bi povećale performanse, dodale nove upute (poznate kao ekstenzije jer nisu unutar osnovnog ISA-a) ili ciljale na određenu aplikaciju.

Danas imamo pregršt ISA-ova, a glavni su x86 (u suvlasništvu Intela i AMD-a), ARM (u vlasništvu Arma, ali licenciran drugim tvrtkama poput Applea i Samsunga), RISC-V (ISA otvorenog standarda koji svatko može koristiti besplatno) i PowerPC (u vlasništvu IBM-a i uglavnom se koristio za stvari u podatkovnim centrima, a prije za mnoge konzole poput PS3 i Wii). Postoje barem stotine, ako ne i tisuće, mikroarhitektura, od kojih su neke poznate uključujući seriju Zen od AMD-a, seriju Lake od Intela i seriju Cortex od Arma.

ISA su definirali granice unutar tehnologije

Činjenica da programeri moraju izraditi kod posebno za određene ISA-ove kako bi se izvodili izvorno (to jest, bez potrebe koristiti zaobilazno rješenje kao što je emulacija, koje često ima lošu izvedbu) nužno je stvorilo mnogo zidova kada je u pitanju računala. Programeri se obično fokusiraju na samo jedan ISA, a ta gotovo neraskidiva veza između hardvera i softvera definirala je tko proizvodi procesore za određene vrste uređaja.

x86 se gotovo isključivo koristi u stolnim računalima, prijenosnim računalima i igraćim konzolama, a ti uređaji pak gotovo isključivo koriste x86. ARM, RISC-V i PowerPC okušali su se u tim područjima, ali x86 dominira svima. Nije ni to dovoljno Microsoft je napravio ARM verziju sustava Windows jer razvijači softvera trećih strana trebaju napraviti ARM verzije svojih aplikacija, a vrlo malo njih ima. S druge strane, Appleovo vlasništvo nad macOS-om znatno je olakšalo (iako još uvijek izazovno) prebacivanje s x86 Intelovih čipova na vlastite.

Isto tako, ARM drži telefone i tablete i to je istina već otprilike dva desetljeća. S vremenom Intel je počeo proizvoditi x86 čipove za telefone u kasnim 2000-ima, gotovo cijelo tržište godinama je koristilo ARM, a Intelu je bilo teško uvjeriti tvrtke da se prebace.

Danas se čini da su se granice koje su ISA-e stvorile uglavnom učvrstile. Vrlo je malo vjerojatno da će ARM čipovi ikada nadmašiti x86 u stolnim i prijenosnim računalima (iako Apple ovdje čini značajan napredak), a gotovo je sigurno da će ga pametni telefoni uvijek koristiti RUKA. Međutim, postoji značajna konkurencija na tržištima u nastajanju poput podatkovnih centara i uređaja Interneta stvari (IoT). RISC-V također daje uvjerljiv argument da bi mnoge tvrtke radije proizvodile vlastite RISC-V čipove za aplikacije u kojima potreba za kompatibilnošću u širokom ekosustavu zapravo nije problem. Možda će u dalekoj budućnosti neki od tih ISA-ova izaći iz upotrebe, ali čini se vjerojatnim da će samo nekoliko glavnih ISA-ova ikada biti relevantno u bilo kojem trenutku.

Mikroarhitekture mogu poboljšati ili uništiti vaše iskustvo na uređaju

Iako marketing tvrtki ne možete shvatiti bez imalo sumnje, istina je da mikroarhitekture mogu imati značajan utjecaj na igranje igara, profesionalni rad ili čak povremenu upotrebu računala. Ako se pitate treba li vam najnovija mikroarhitektura u vašem uređaju ili ne, evo nekoliko stvari koje trebate razmotriti.

Igre često nemaju koristi od svega što nova CPU mikroarhitektura može ponuditi, kao što je povećanje instrukcija po taktu (IPC), budući da igre zapravo ne koriste toliko sirovih resursa. Međutim, mikroarhitekture mogu doći s povećanjem takta, dodatnom predmemorijom i drugim karakteristikama koje bi mogle biti bolje za igranje. Ako igrate videoigre s velikim brojem sličica u sekundi, vaše bi iskustvo moglo biti znatno poboljšano korištenjem najnovijeg procesora. Možda je vrijeme da razmislite o nadogradnji ako je vaš CPU stariji od pet godina.

Nadogradnja na novi GPU s novom mikroarhitekturom također bi mogla biti dobra ideja. Nove grafičke kartice ponekad uvode nove značajke kao što je Nvidijin DLSS (koji je dostupan samo na karticama marke RTX, a DLSS 3 samo na serija RTX 40) i AV1 kodiranje prisutno samo na najnovijim GPU-ovima RTX 40, RX 7000 i Arc Alchemist. Dodatno, performanse u igricama šarke na grafičkoj kartici, a nove mikroarhitekture često su uparene s karticama koje imaju puno više konjskih snaga i VRAM-a od starijih one.

Trebate li izvršiti nadogradnju na CPU s novim arhitekturama?

Kada je riječ o profesionalnom i kreativnom radu kao što je renderiranje, uređivanje videozapisa i drugi zadaci, nabava novog CPU-a ili GPU-a često se isplati zbog novih značajki i općenito bolje izvedbe. Na primjer, dodatne CPU upute poput AVX-a ponekad su korisne. Međutim, potencijalna poboljšanja performansi mogu uvelike varirati ovisno o aplikaciji, a trebali biste istražiti svoj softver kako biste vidjeli može li imati koristi od novijeg hardvera.

Za povremene korisnike, prednosti novijeg hardvera nisu toliko očite jer osnovne aplikacije mogu raditi na gotovo svemu što je napravljeno u posljednjem desetljeću. Posebno za korisnike prijenosnih računala, mikroarhitektura često donosi veću učinkovitost, a bolja učinkovitost obično znači nižu potrošnju energije, što zauzvrat znači bolji vijek trajanja baterije.