Cos'è un'architettura di computer?

Tra presentazioni di aziende tecnologiche come AMD, Apple o Intel e schede tecniche per determinati dispositivi e altri prodotti, quasi sicuramente hai almeno sentito la parola architettura. Apple si vanta che i suoi chip M1 e M2 utilizzano il formato BRACCIO architettura e AMD sottolinea che la sua architettura Zen 4 è migliore dell'architettura Raptor Lake di Intel. Ma in tutto il marketing, non viene mai veramente spiegato cosa sia effettivamente "l'architettura". Ecco tutto ciò che devi sapere sulle architetture e sul perché sono importanti.

Architettura: le fondamenta di un processore

Architettura è una parola vaga in tecnologia, ma sto parlando di architetture di set di istruzioni (ISA) e microarchitetture. Sia gli ISA che le microarchitetture sono abbreviati in architetture perché è insolito confondere ISA e microarchitetture. Inoltre, parlerò principalmente di architetture CPU, ma altri processori come le GPU utilizzano sia ISA che microarchitetture.

L'ISA è un buon punto di partenza perché è la parte più basilare di un processore ed è ciò che contiene i suoi elementi più fondamentali aspetti, come istruzioni (come addizione e moltiplicazione) e funzionalità (come essere in grado di gestire numeri che hanno 32 decimali luoghi). I processori che utilizzano un determinato ISA possono eseguire solo codice progettato per tale ISA (sebbene l'emulazione sia una soluzione alternativa). Ecco perché è stato un grosso problema quando Apple ha iniziato a vendere Mac con silicio Apple perché macOS è stato creato per CPU Intel che utilizzano il x86 ISA e i chip di Apple usano il BRACCIO ISA.

Le microarchitetture possono avere un impatto significativo sui giochi, sul lavoro professionale o persino sull'uso occasionale del computer.

In breve, la microarchitettura è ciò che collega le diverse parti del processore e il modo in cui si interconnettono e interagiscono per implementare l'ISA. Quindi, se gli ISA sono come lingue diverse, allora le microarchitetture sono dialetti. La progettazione di un chip nuovo di zecca non richiede l'eliminazione dell'ISA e la creazione di un nuovo processore senza alterare l'ISA si traduce in una nuova microarchitettura. Le microarchitetture costruite sullo stesso ISA possono essere molto diverse ma eseguire lo stesso codice, anche se un chip funziona chiaramente meglio dell'altro. Le aziende tendono a creare nuove microarchitetture per aumentare le prestazioni, aggiungere nuove istruzioni (note come estensioni poiché non sono all'interno dell'ISA di base) o indirizzare un'applicazione specifica.

Oggi abbiamo una manciata di ISA, i principali sono x86 (in comproprietà di Intel e AMD), ARM (di proprietà di Arm ma concesso in licenza ad altre società come Apple e Samsung), RISC-V (un ISA a standard aperto che chiunque può utilizzare gratuitamente) e PowerPC (di proprietà di IBM e utilizzato principalmente per cose di data center e precedentemente molte console come PS3 e Wii). Ci sono almeno centinaia, se non migliaia, di microarchitetture là fuori, con alcune famose tra cui la serie Zen di AMD, la serie Lake di Intel e la serie Cortex di Arm.

Gli ISA hanno definito i confini all'interno della tecnologia

Il fatto che i programmatori debbano creare codice specifico per determinati ISA per funzionare in modo nativo (ovvero, senza bisogno utilizzare una soluzione alternativa come l'emulazione, che spesso funziona male) ha necessariamente creato molti muri quando si tratta di computer. Gli sviluppatori tendono a concentrarsi su un solo ISA e quel collegamento quasi indissolubile tra hardware e software ha definito chi produce i processori per determinati tipi di dispositivi.

x86 è utilizzato quasi esclusivamente su desktop, laptop e console di gioco e questi dispositivi a loro volta utilizzano quasi esclusivamente x86. ARM, RISC-V e PowerPC si sono tutti dilettati in queste aree, ma x86 le domina tutte. Non basta nemmeno quello Microsoft ha realizzato una versione ARM di Windows perché gli sviluppatori di software di terze parti devono creare Versioni ARM delle loro app, e pochissimi di loro lo hanno. D'altra parte, la proprietà di macOS da parte di Apple ha reso molto più semplice (sebbene ancora impegnativo) passare dai chip Intel x86 ai propri.

Allo stesso modo, ARM ha una stretta mortale su telefoni e tablet, e questo è vero da circa due decenni. Quando Intel ha iniziato a produrre chip x86 per i telefoni alla fine degli anni 2000, praticamente l'intero mercato utilizzava ARM da anni e Intel ha avuto difficoltà a convincere le aziende a cambiare.

Oggi sembra che i confini creati dagli ISA si siano per lo più consolidati. È estremamente improbabile che i chip ARM superino mai x86 su desktop e laptop (anche se Apple sta facendo progressi significativi qui), ed è quasi certo che gli smartphone useranno sempre BRACCIO. Tuttavia, esiste una concorrenza significativa nei mercati emergenti come i data center e i dispositivi Internet of Things (IoT). RISC-V sostiene inoltre in modo convincente che molte aziende preferirebbero creare i propri chip RISC-V per applicazioni in cui la necessità di compatibilità in un ampio ecosistema non è davvero un problema. Forse in un lontano futuro, alcuni di questi ISA non saranno più utilizzati, ma sembra probabile che solo pochi importanti ISA saranno rilevanti in qualsiasi momento.

Le microarchitetture possono creare o distruggere la tua esperienza su un dispositivo

Sebbene non si possa prendere il marketing delle aziende senza un granello di sale, è vero che le microarchitetture possono avere un impatto significativo sui giochi, sul lavoro professionale o persino sull'uso occasionale del computer. Se ti stai chiedendo se hai bisogno dell'ultima microarchitettura nel tuo dispositivo o meno, ecco alcune cose da considerare.

I giochi spesso non traggono vantaggio da tutto ciò che una nuova microarchitettura della CPU ha da offrire, come un aumento delle istruzioni per clock (IPC), poiché i giochi in realtà non utilizzano così tante risorse grezze. Tuttavia, le microarchitetture possono fornire aumenti della velocità di clock, cache aggiuntiva e altre caratteristiche che potrebbero essere migliori per i giochi. Se giochi ai videogiochi con frame rate elevati, la tua esperienza potrebbe essere notevolmente migliorata utilizzando il processore più recente. Potrebbe essere il momento di prendere in considerazione l'aggiornamento se la tua CPU ha più di cinque anni.

Anche l'aggiornamento a una nuova GPU con una nuova microarchitettura potrebbe essere una buona idea. Le nuove schede grafiche a volte introducono nuove funzionalità come DLSS di Nvidia (che è disponibile solo su schede con marchio RTX e DLSS 3 solo su la serie RTX 40) e la codifica AV1 presente solo sulle ultime GPU RTX 40, RX 7000 e Arc Alchemist. Inoltre, le prestazioni di gioco dipende dalla scheda grafica e le nuove microarchitetture sono spesso abbinate a schede che hanno molta più potenza grezza e VRAM rispetto alle vecchie quelli.

Conviene passare a CPU con nuove architetture?

Quando si tratta di lavori professionali e creativi come il rendering, l'editing video e altre attività, spesso vale la pena acquistare una nuova CPU o GPU sia per le nuove funzionalità che per le prestazioni generalmente più elevate. Istruzioni CPU aggiuntive come AVX a volte sono utili, ad esempio. Tuttavia, i potenziali miglioramenti delle prestazioni possono variare notevolmente a seconda dell'applicazione e dovresti ricercare il tuo software per vedere se può trarre vantaggio dall'hardware più recente.

Per gli utenti occasionali, i vantaggi dell'hardware più recente non sono così evidenti poiché le applicazioni di base possono essere eseguite praticamente su qualsiasi cosa realizzata nell'ultimo decennio. Per gli utenti di laptop in particolare, tuttavia, una microarchitettura spesso porta a una maggiore efficienza e una migliore efficienza di solito significa un minore consumo energetico, che a sua volta significa una migliore durata della batteria.