מהי ארכיטקטורת מחשב?

בין מצגות מחברות טכנולוגיה כמו AMD, אפל או אינטל ודפי מפרט למכשירים מסוימים ומוצרים אחרים, כמעט בטוח שלפחות שמע המילה אדריכלות. אפל מתגאה בכך שבשבבי ה-M1 וה-M2 שלה משתמשים ב- זְרוֹעַ ארכיטקטורה, ו-AMD מדגישה שארכיטקטורת ה-Zen 4 שלה טובה יותר מארכיטקטורת Raptor Lake של אינטל. אבל בכל השיווק, אף פעם לא ממש הוסבר מהי בעצם "ארכיטקטורה". הנה כל מה שאתה צריך לדעת על ארכיטקטורות ולמה הן חשובות.

ארכיטקטורה: הבסיס של מעבד

ארכיטקטורה היא מילה מעורפלת בטכנולוגיה, אבל אני מדבר כאן על ארכיטקטורות ערכות הוראות (ISA) ומיקרו-ארכיטקטורות. גם ISAs וגם מיקרו-ארכיטקטורות מקוצרות לארכיטקטורות מכיוון שזה יוצא דופן לבלבל בין ISAs ומיקרו-ארכיטקטורות. בנוסף, אני אדבר בעיקר על ארכיטקטורות CPU, אבל מעבדים אחרים כמו GPUs משתמשים גם ב-ISA וגם במיקרו-ארכיטקטורות.

ה-ISA הוא נקודת התחלה טובה מכיוון שהוא החלק הבסיסי ביותר במעבד והוא מה שמכיל את הבסיסי ביותר שלו היבטים, כמו הוראות (כמו חיבור וכפל) ותכונות (כמו היכולת להתמודד עם מספרים בעלי 32 עשרוניים מקומות). מעבדים שמשתמשים ב-ISA מסוים יכולים להריץ רק קוד המיועד לאותו ISA (אם כי אמולציה היא דרך לעקיפת הבעיה). זו הסיבה שזה היה עניין גדול כשאפל התחילה למכור מחשבי Mac עם אפל סיליקון מכיוון ש-macOS נבנה עבור מעבדי אינטל המשתמשים ב-

x86 ISA והשבבים של אפל משתמשים ב- ARM ISA.

למיקרו-ארכיטקטורות יכולה להיות השפעה משמעותית על משחקים, עבודה מקצועית או אפילו שימוש מזדמן במחשב.

בקיצור, המיקרו-ארכיטקטורה היא המחברת בין חלקים שונים של המעבד וכיצד הם מתחברים ופועלים הדדית כדי ליישם את ה-ISA. אז אם ISAs הם כמו שפות שונות, אז מיקרו-ארכיטקטורות הן דיאלקטים. תכנון שבב חדש לגמרי אינו מצריך לזרוק את ה-ISA, ויצירת מעבד חדש מבלי לשנות את התוצאות של ISA במיקרו-ארכיטקטורה חדשה. מיקרו-ארכיטקטורות הבנויות על אותו ISA יכולות להיות שונות בתכלית אבל להפעיל את אותו קוד, גם אם שבב אחד מתפקד טוב יותר מהשני. חברות נוטות ליצור מיקרו-ארכיטקטורות חדשות כדי להגביר את הביצועים, להוסיף הוראות חדשות (הידועות בתור הרחבות מכיוון שהן אינן בבסיס ה-ISA), או למקד לאפליקציה ספציפית.

כיום, יש לנו קומץ של ISA, כאשר הגדולים שבהם הם x86 (בבעלות משותפת של אינטל ו-AMD), ARM (בבעלות Arm אך ברישיון לחברות אחרות כמו אפל וסמסונג), RISC-V (ISA בסטנדרט פתוח שכל אחד יכול להשתמש בו בחינם), ו-PowerPC (בבעלות יבמ ומשמשת בעיקר לדברים במרכזי נתונים ובעבר הרבה קונסולות כמו PS3 ו-Wii). יש לפחות מאות, אם לא אלפי, של מיקרו-ארכיטקטורות בחוץ, עם כמה מפורסמות כולל סדרת Zen מבית AMD, סדרת Lake מבית אינטל וסדרת Cortex מבית Arm.

רשויות הרשות הגדירו את הגבולות בטכנולוגיה

העובדה שמתכנתים צריכים ליצור קוד במיוחד עבור ISAs מסוימים כדי לפעול באופן מקורי (כלומר, ללא צורך להשתמש בפתרון עוקף כמו אמולציה, שלעתים קרובות מניבה ביצועים גרועים) יצרה בהכרח הרבה קירות כשמדובר מחשבים. מפתחים נוטים להתמקד רק ב-ISA אחד, והקישור הכמעט בלתי שביר הזה בין חומרה לתוכנה הגדיר מי מייצר את המעבדים עבור סוגים מסוימים של מכשירים.

x86 משמש כמעט אך ורק במחשבים שולחניים, מחשבים ניידים וקונסולות משחקים, ומכשירים אלה בתורם משתמשים כמעט אך ורק ב-x86. ARM, RISC-V ו-PowerPC התעסקו כולם באזורים אלה, אבל x86 שולט בכולם. זה אפילו לא מספיק מיקרוסופט יצרה גרסת ARM של Windows כי מפתחי תוכנה של צד שלישי צריכים לעשות גרסאות ARM של האפליקציות שלהם, ולמעט מאוד מהם יש. מצד שני, הבעלות של אפל על macOS הקלה בהרבה (אם כי עדיין מאתגרת) לעבור משבבי x86 של אינטל לשלה.

כמו כן, ל-ARM יש אחיזת חנק בטלפונים ובטאבלטים, וזה נכון במשך כשני עשורים. כאשר אינטל החלה לייצר שבבי x86 לטלפונים בסוף שנות ה-2000, כמעט כל השוק השתמש ב-ARM במשך שנים, ואינטל התקשתה לשכנע חברות לעבור.

כיום, נראה כי הגבולות שיצרו ה-ISA התגבשו בעיקר. זה מאוד לא סביר ששבבי ARM יעקפו אי פעם את x86 במחשבים נייחים ומחשבים ניידים (למרות אפל עושה כאן התקדמות משמעותית), וזה כמעט בטוח שסמארטפונים תמיד ישתמשו זְרוֹעַ. עם זאת, יש תחרות משמעותית בשווקים מתעוררים כמו מרכזי נתונים ומכשירי האינטרנט של הדברים (IoT). RISC-V גם מעלה טיעון משכנע שחברות רבות מעדיפות לייצר שבבי RISC-V משלהן עבור יישומים שבהם הצורך בתאימות על פני מערכת אקולוגית רחבה אינו מדאיג באמת. אולי בעתיד הרחוק, חלק מה-ISAs הללו ייצאו מכלל שימוש, אבל סביר להניח שרק כמה ISAs עיקריים יהיו רלוונטיים בכל רגע.

מיקרו-ארכיטקטורות יכולות ליצור או לשבור את החוויה שלך במכשיר

למרות שאי אפשר לקחת את השיווק של חברות בלי גרגר מלח, נכון שלמיקרו-ארכיטקטורות יכולה להיות השפעה משמעותית על גיימינג, עבודה מקצועית או אפילו שימוש מזדמן במחשב. אם אתה תוהה אם אתה צריך את המיקרו-ארכיטקטורה העדכנית ביותר במכשיר שלך או לא, הנה כמה דברים שכדאי לקחת בחשבון.

משחקים לרוב לא נהנים מכל מה שיש למיקרו-ארכיטקטורה חדשה של מעבד להציע, כמו שיפור בהוראות לפי שעון (IPC), מכיוון שמשחקים למעשה לא משתמשים במשאבים גולמיים רבים כל כך. עם זאת, מיקרו-ארכיטקטורות יכולות להגיע עם הגברת מהירות השעון, מטמון נוסף ומאפיינים אחרים שעשויים להיות טובים יותר למשחקים. אם אתה משחק במשחקי וידאו בקצבי פריימים גבוהים, החוויה שלך עשויה להשתפר משמעותית על ידי שימוש במעבד העדכני ביותר. אולי הגיע הזמן לשקול שדרוג אם המעבד שלך בן יותר מחמש שנים.

שדרוג ל-GPU חדש עם מיקרו-ארכיטקטורה חדשה עשוי להיות גם רעיון טוב. כרטיסים גרפיים חדשים מציגים לפעמים תכונות חדשות כמו DLSS של Nvidia (שזמין רק בכרטיסים ממותגי RTX, ו-DLSS 3 רק ב סדרת RTX 40) וקידוד AV1 קיימים רק במעבדי ה-RTX 40, RX 7000 ו-Arc Alchemist העדכניים ביותר. בנוסף, ביצועי משחקים תלוי בכרטיס הגרפי, ומיקרו-ארכיטקטורות חדשות משודכות לרוב לכרטיסים שיש להם הרבה יותר כוח סוס גולמי ו-VRAM מאשר ישנים יחידות.

האם כדאי לשדרג למעבדים עם ארכיטקטורות חדשות?

כשזה מגיע לעבודה מקצועית ויצירתית כמו עיבוד, עריכת וידאו ומשימות אחרות, השגת מעבד או GPU חדשים לרוב שווה את זה הן עבור תכונות חדשות והן בדרך כלל עבור ביצועים גבוהים יותר. הוראות CPU נוספות כמו AVX הן לפעמים שימושיות, למשל. עם זאת, רווחי ביצועים פוטנציאליים עשויים להשתנות במידה רבה בהתאם ליישום, ועליך לחקור את התוכנה שלך כדי לראות אם היא יכולה להפיק תועלת מחומרה חדשה יותר.

עבור משתמשים מזדמנים, היתרונות של חומרה חדשה יותר אינם ברורים כל כך מכיוון שיישומים בסיסיים יכולים לפעול כמעט על כל דבר שנעשה בעשור האחרון. עם זאת, עבור משתמשי מחשב נייד במיוחד, מיקרו-ארכיטקטורה מביאה לעתים קרובות יעילות מוגברת, ויעילות טובה יותר פירושה בדרך כלל צריכת חשמל נמוכה יותר, מה שבתורו אומר חיי סוללה טובים יותר.