Kas yra kompiuterio architektūra?

Tarp technologijų įmonių, pvz., AMD, Apple ar Intel, pristatymų ir tam tikrų įrenginių ir kitų produktų specifikacijų lapų beveik neabejotinai bent išgirdo žodis architektūra. „Apple“ giriasi, kad jos M1 ir M2 lustai naudoja RANKA architektūra, o AMD pabrėžia, kad jos „Zen 4“ architektūra yra geresnė nei „Intel“ Raptor Lake architektūra. Tačiau per visą rinkodarą niekada iš tikrųjų nėra paaiškinta, kas iš tikrųjų yra „architektūra“. Štai viskas, ką reikia žinoti apie architektūras ir kodėl jos svarbios.

Architektūra: procesoriaus pagrindas

Architektūra yra neaiškus žodis technologijų srityje, bet aš čia kalbu apie instrukcijų rinkinio architektūras (ISA) ir mikroarchitektūras. Tiek ISA, tiek mikroarchitektūros yra sutrumpintos kaip architektūros, nes neįprasta supainioti ISA ir mikroarchitektūras. Be to, dažniausiai kalbėsiu apie procesoriaus architektūrą, tačiau kiti procesoriai, tokie kaip GPU, naudoja ir ISA, ir mikroarchitektūras.

ISA yra geras atspirties taškas, nes tai pati pagrindinė procesoriaus dalis ir joje yra svarbiausia aspektai, pvz., instrukcijos (pvz., sudėtis ir daugyba) ir funkcijos (pvz., galimybė tvarkyti skaičius, kurių skaičius yra 32 po kablelio vietos). Procesoriai, naudojantys tam tikrą ISA, gali paleisti tik tai ISA sukurtą kodą (nors emuliacija yra išeitis). Štai kodėl buvo didelis dalykas, kai „Apple“ pradėjo pardavinėti „Mac“ kompiuterius su „Apple“ siliciu, nes „macOS“ buvo sukurta „Intel“ procesoriams, kurie naudoja x86 ISA ir Apple lustai naudoja ARM ISA.

Mikroarchitektūros gali turėti didelės įtakos žaidimams, profesionaliam darbui ar net atsitiktiniam kompiuterio naudojimui.

Trumpai tariant, mikroarchitektūra yra tai, kas sujungia skirtingas procesoriaus dalis ir kaip jos tarpusavyje jungiasi bei sąveikauja, kad įgyvendintų ISA. Taigi, jei ISA yra tarsi skirtingos kalbos, tada mikroarchitektūros yra dialektai. Kuriant visiškai naują lustą nereikia išmesti ISA, o kuriant naują procesorių nekeičiant ISA, gaunama nauja mikroarchitektūra. Mikroarchitektūros, sukurtos naudojant tą pačią ISA, gali būti labai skirtingos, tačiau paleisti tą patį kodą, net jei vienas lustas aiškiai veikia geriau nei kitas. Įmonės linkusios kurti naujas mikroarchitektūras, siekdamos padidinti našumą, pridėti naujų instrukcijų (žinomų kaip plėtiniai, nes jie nėra bazinėje ISA) arba nukreipti į konkrečią programą.

Šiandien turime keletą ISA, iš kurių pagrindiniai yra x86 (bendrai priklauso Intel ir AMD), ARM (priklauso Arm, bet licencijuota kitoms įmonėms, pvz., Apple ir Samsung), RISC-V (atvirojo standarto ISA, kurią kiekvienas gali naudoti nemokamai) ir PowerPC (priklauso IBM ir dažniausiai naudojamas duomenų centrų dalykams ir anksčiau daugybei konsolių, tokių kaip PS3 ir Wii). Yra mažiausiai šimtai, jei ne tūkstančiai mikroarchitektūrų, tarp kurių yra keletas žinomų, įskaitant Zen seriją iš AMD, Lake seriją iš Intel ir Cortex seriją iš Arm.

ISA apibrėžė technologijų ribas

Faktas, kad programuotojai turi sukurti kodą specialiai tam tikriems ISA, kad galėtų veikti įprastu būdu (ty be reikalo naudojant tokį sprendimą kaip emuliacija, kuri dažnai veikia prastai) būtinai sukūrė daug sienų, kai reikia kompiuteriai. Kūrėjai linkę sutelkti dėmesį tik į vieną ISA, o beveik nenutrūkstamas ryšys tarp aparatinės ir programinės įrangos apibrėžė, kas gamina tam tikrų įrenginių procesorius.

x86 beveik išimtinai naudojamas staliniuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir žaidimų pultuose, o šie įrenginiai savo ruožtu beveik išimtinai naudoja x86. ARM, RISC-V ir PowerPC veikė šiose srityse, tačiau visose jose dominuoja x86. To net neužtenka „Microsoft“ sukūrė „Windows“ ARM versiją nes trečiųjų šalių programinės įrangos kūrėjai turi padaryti jų programų ARM versijos, ir labai nedaugelis jų turi. Kita vertus, „Apple“ turėdama „macOS“ leido daug lengviau (nors vis dar sudėtinga) pereiti nuo x86 „Intel“ lustų prie savo.

Be to, ARM gali sulaikyti telefonus ir planšetinius kompiuterius, ir tai galioja maždaug du dešimtmečius. Iki to laiko „Intel“ pradėjo gaminti x86 lustus telefonams 2000-ųjų pabaigoje praktiškai visa rinka jau daugelį metų naudojo ARM, o „Intel“ sunkiai įtikino įmones pereiti.

Šiandien atrodo, kad ISA, kurias sukūrė ribos, dažniausiai sutvirtėjo. Labai mažai tikėtina, kad ARM lustai kada nors aplenks x86 staliniuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose (nors „Apple“ čia daro didelę pažangą), ir neabejotina, kad išmanieji telefonai visada bus naudojami RANKA. Tačiau kylančiose rinkose, pvz., duomenų centruose ir daiktų interneto (IoT) įrenginiuose, yra didelė konkurencija. RISC-V taip pat pateikia įtikinamų argumentų, kad daugelis kompanijų mieliau gamintų savo RISC-V lustus toms programoms, kuriose suderinamumo visoje ekosistemoje iš tikrųjų nekyla rūpesčių. Galbūt tolimoje ateityje kai kurios iš šių TAS nebebus naudojamos, tačiau panašu, kad tik kelios pagrindinės TAS bus svarbios bet kuriuo metu.

Mikroarchitektūros gali sugadinti arba sugadinti jūsų patirtį naudojant įrenginį

Nors įmonių rinkodaros neapsieisite be druskos, tiesa, kad mikroarchitektūros gali turėti didelės įtakos žaidimams, profesionaliam darbui ar net atsitiktiniam kompiuterio naudojimui. Jei jums įdomu, ar jūsų įrenginyje reikia naujausios mikroarchitektūros, čia yra keletas dalykų, į kuriuos reikia atsižvelgti.

Žaidimai dažnai nepasinaudoja viskuo, ką gali pasiūlyti nauja procesoriaus mikroarchitektūra, pvz., instrukcijų skaičiaus padidinimas per laikrodį (IPC), nes žaidimai iš tikrųjų nenaudoja tiek daug žaliavų. Tačiau mikroarchitektūros gali padidinti laikrodžio greitį, papildomą talpyklą ir kitas charakteristikas, kurios gali būti naudingesnės žaidimams. Jei žaidžiate vaizdo žaidimus dideliu kadrų dažniu, jūsų patirtis gali būti žymiai patobulinta naudojant naujausią procesorių. Atėjo laikas apsvarstyti galimybę atnaujinti, jei jūsų procesorius yra senesnis nei penkeri metai.

Naujovinimas į naują GPU su nauja mikroarchitektūra taip pat gali būti gera idėja. Naujose vaizdo plokštėse kartais pristatomos naujos funkcijos, pvz., Nvidia DLSS (kuri pasiekiama tik RTX firminėse kortelėse, o DLSS 3 tik RTX 40 serija) ir AV1 kodavimas yra tik naujausiuose RTX 40, RX 7000 ir Arc Alchemist GPU. Be to, žaidimų našumas vyriai priklauso nuo vaizdo plokštės, o naujos mikroarchitektūros dažnai suporuojamos su kortelėmis, kurios turi daug daugiau neapdorotų arklio galių ir VRAM nei senesnės vieni.

Ar turėtumėte naujovinti į CPU su naujomis architektūromis?

Kalbant apie profesionalų ir kūrybinį darbą, pavyzdžiui, atvaizdavimą, vaizdo įrašų redagavimą ir kitas užduotis, įsigyti naują procesorių arba GPU dažnai verta tiek dėl naujų funkcijų, tiek dėl didesnio našumo. Pavyzdžiui, kartais naudingos papildomos procesoriaus instrukcijos, pvz., AVX. Tačiau galimas našumo padidėjimas gali labai skirtis priklausomai nuo programos, todėl turėtumėte ištirti programinę įrangą, kad sužinotumėte, ar jai gali būti naudinga naujesnė aparatinė įranga.

Paprastiems naudotojams naujesnės aparatinės įrangos pranašumai nėra tokie akivaizdūs, nes pagrindinės programos gali veikti beveik viskuo, kas buvo sukurta per pastarąjį dešimtmetį. Tačiau ypač nešiojamųjų kompiuterių naudotojams mikroarchitektūra dažnai padidina efektyvumą, o didesnis efektyvumas paprastai reiškia mažesnį energijos suvartojimą, o tai savo ruožtu reiškia ilgesnį akumuliatoriaus veikimo laiką.