Mi az a számítógép architektúra?

A technológiai cégek, például az AMD, az Apple vagy az Intel prezentációi és bizonyos eszközök és más termékek specifikációs lapjai között szinte biztosan legalább hallott az építészet szó. Az Apple kérkedik, hogy M1 és M2 chipjei a KAR architektúra, és az AMD kiemeli, hogy a Zen 4 architektúrája jobb, mint az Intel Raptor Lake architektúrája. De az egész marketing során soha nem magyarázzák el igazán, hogy mi is az "architektúra". Itt van minden, amit tudnia kell az architektúrákról és arról, hogy miért fontosak.

Architektúra: a processzor alapja

Az architektúra homályos szó a technikában, de itt az utasításkészletes architektúrákról (ISA) és a mikroarchitektúrákról beszélek. Mind az ISA-kat, mind a mikroarchitektúrákat architektúráknak rövidítik, mert szokatlan az ISA-k és a mikroarchitektúrák összekeverése. Ezen kívül leginkább a CPU architektúrákról beszélek, de más processzorok, például a GPU-k, ISA-kat és mikroarchitektúrákat is használnak.

Az ISA jó kiindulópont, mert ez a processzor legalapvetőbb része, és ez tartalmazza a legalapvetőbb elemet szempontok, például utasítások (például összeadás és szorzás) és funkciók (például 32 tizedesjegyű számok kezelése helyek). Azok a processzorok, amelyek egy bizonyos ISA-t használnak, csak erre az ISA-ra tervezett kódot futtathatnak (bár az emuláció egy megoldás). Ezért volt nagy baj, amikor az Apple elkezdte Apple szilícium-mal szerelt Mac-eket árulni, mivel a macOS-t olyan Intel CPU-kra építették, amelyek x86 ISA és az Apple chipjei a ARM ISA.

A mikroarchitektúrák jelentős hatással lehetnek a játékra, a professzionális munkára vagy akár az alkalmi számítógéphasználatra.

Röviden, a mikroarchitektúra az, ami összeköti a processzor különböző részeit, és hogyan kapcsolódnak egymáshoz és működnek együtt az ISA megvalósítása érdekében. Tehát ha az ISA-k olyanok, mint a különböző nyelvek, akkor a mikroarchitektúrák dialektusok. Egy vadonatúj chip tervezése nem igényli az ISA kidobását, az ISA megváltoztatása nélkül új processzor létrehozása pedig új mikroarchitektúrát eredményez. Az ugyanarra az ISA-ra épített mikroarchitektúrák nagyon eltérőek lehetnek, de ugyanazt a kódot futtatják, még akkor is, ha az egyik chip egyértelműen jobban teljesít, mint a másik. A vállalatok hajlamosak új mikroarchitektúrákat létrehozni a teljesítmény növelése, új utasítások hozzáadása (amelyek nem tartoznak az alap ISA-n belülre), vagy egy adott alkalmazást céloznak meg.

Ma van egy maroknyi ISA-nk, amelyek közül a legfontosabbak az x86 (az Intel és az AMD társtulajdonában), az ARM (az Arm tulajdonában van, de más cégek, például az Apple és a Samsung licence van), RISC-V (egy nyílt szabványú ISA, amelyet bárki ingyenesen használhat), és a PowerPC (az IBM tulajdonában van, és többnyire adatközponti dolgokhoz és korábban sok konzolhoz, például PS3-hoz és Wii-hez használták). Legalább több száz, ha nem ezer mikroarchitektúra létezik, köztük néhány híres, köztük a Zen sorozat az AMD-től, a Lake sorozat az Inteltől és a Cortex sorozat az Arm-tól.

Az ISA-k meghatározták a technológia határait

Az a tény, hogy a programozóknak speciális kódot kell készíteniük bizonyos ISA-khoz, hogy natív módon futhassanak (vagyis anélkül az emulációhoz hasonló megoldás alkalmazása, amely gyakran rosszul teljesít) szükségszerűen sok falat hozott létre, amikor számítógépek. A fejlesztők általában csak egy ISA-ra összpontosítanak, és a hardver és a szoftver közötti szinte megszakíthatatlan kapcsolat meghatározta, hogy ki gyártja a processzorokat bizonyos típusú eszközökhöz.

Az x86-ot szinte kizárólag asztali számítógépek, laptopok és játékkonzolok használják, ezek az eszközök pedig szinte kizárólag x86-ot használnak. Az ARM, a RISC-V és a PowerPC mind ezeken a területeken nyúltak bele, de az x86 uralja őket. Még ez sem elég A Microsoft elkészítette a Windows ARM verzióját mert a harmadik féltől származó szoftverfejlesztőknek meg kell tenniük Alkalmazásaik ARM-verziói, és nagyon kevesen rendelkeznek közülük. Másrészt az Apple macOS tulajdonlása sokkal könnyebbé tette (bár még mindig kihívást jelent) az x86-os Intel chipekről a saját chipekre való váltást.

Hasonlóképpen, az ARM fojtogatja a telefonokat és a táblagépeket, és ez körülbelül két évtizede igaz. Mire Az Intel elkezdett x86-os chipeket gyártani telefonokhoz a 2000-es évek végén gyakorlatilag az egész piac évek óta ARM-et használt, és az Intel nehezen tudta meggyőzni a cégeket a váltásról.

Ma úgy tűnik, hogy az ISA-k által felállított határok többnyire megszilárdultak. Rendkívül valószínűtlen, hogy az ARM chipek valaha is felülmúlják az x86-ot az asztali számítógépekben és a laptopokban (annak ellenére Az Apple jelentős előrelépést tesz itt), és az egészen biztos, hogy az okostelefonokat mindig használni fogják KAR. Ugyanakkor jelentős verseny van a feltörekvő piacokon, mint például az adatközpontok és a tárgyak internete (IoT) eszközök. A RISC-V emellett nyomós érvet fogalmaz meg amellett, hogy sok vállalat szívesebben készíti el saját RISC-V lapkáját azokhoz az alkalmazásokhoz, ahol a széles ökoszisztéma közötti kompatibilitás nem igazán aggályos. Talán a távoli jövőben ezek közül az ISA-k közül néhány ki fog fogyni, de valószínűnek tűnik, hogy egy-egy pillanatban csak néhány fontosabb ISA lesz releváns.

A mikroarchitektúrák javíthatják vagy megtörhetik az eszközön szerzett élményt

Bár a cégek marketingjét nem lehet szó nélkül elviselni, az igaz, hogy a mikroarchitektúrák jelentős hatással lehetnek a játékra, a professzionális munkára vagy akár az alkalmi számítógéphasználatra is. Ha kíváncsi arra, hogy szüksége van-e a legújabb mikroarchitektúrára az eszközben, íme néhány dolog, amelyet figyelembe kell vennie.

A játékok gyakran nem profitálnak mindenből, amit egy új CPU-mikroarchitektúra kínál, például az utasítások órajelenkénti növelését (IPC), mivel a játékok valójában nem használnak annyi nyers erőforrást. A mikroarchitektúrák azonban növelhetik az órajelet, további gyorsítótárat és más olyan jellemzőket is tartalmazhatnak, amelyek jobbak lehetnek a játékokhoz. Ha nagy képkockasebességgel játszik videojátékokat, a legújabb processzor használata jelentősen javíthatja az élményt. Ideje megfontolni a frissítést, ha a CPU öt évnél régebbi.

Az új mikroarchitektúrával rendelkező új GPU-ra való frissítés szintén jó ötlet lehet. Az új grafikus kártyák néha új funkciókat vezetnek be, például az Nvidia DLSS-ét (ami csak RTX márkájú kártyákon érhető el, a DLSS 3 pedig csak azokon az RTX 40 sorozat) és az AV1 kódolás csak a legújabb RTX 40, RX 7000 és Arc Alchemist GPU-kon található. Ezen kívül a játék teljesítménye a grafikus kártyán múlik, és az új mikroarchitektúrákat gyakran olyan kártyákkal párosítják, amelyek sokkal több nyers lóerővel és VRAM-mal rendelkeznek, mint a régebbiek. azok.

Frissítsen új architektúrájú CPU-kra?

Ha professzionális és kreatív munkáról van szó, például renderelésről, videószerkesztésről és egyéb feladatokról, az új CPU vagy GPU beszerzése gyakran megéri az új funkciók és általában a nagyobb teljesítmény miatt. A további CPU-utasítások, például az AVX, néha hasznosak lehetnek. A potenciális teljesítménynövekedés azonban az alkalmazástól függően nagymértékben változhat, ezért érdemes megvizsgálni a szoftvert, hogy megtudja, hasznosak-e az újabb hardverek.

Az alkalmi felhasználók számára az újabb hardver előnyei nem olyan nyilvánvalóak, mivel az alapvető alkalmazások szinte bármin futhatnak, ami az elmúlt évtizedben készült. A laptop-felhasználók számára azonban a mikroarchitektúra gyakran növeli a hatékonyságot, a jobb hatékonyság pedig általában alacsonyabb energiafogyasztást jelent, ami viszont jobb akkumulátor-üzemidőt jelent.