Hva er en datamaskinarkitektur?

Mellom presentasjoner fra teknologiselskaper som AMD, Apple eller Intel og spesifikasjonsark for visse enheter og andre produkter, har du nesten helt sikkert minst hørt ordet arkitektur. Apple skryter av at M1- og M2-brikkene bruker VÆPNE arkitektur, og AMD fremhever at Zen 4-arkitekturen er bedre enn Intels Raptor Lake-arkitektur. Men i all markedsføringen blir det egentlig aldri forklart hva "arkitektur" faktisk er. Her er alt du trenger å vite om arkitekturer og hvorfor de betyr noe.

Arkitektur: grunnlaget for en prosessor

Arkitektur er et vagt ord i teknologi, men jeg snakker her om instruksjonssettarkitekturer (ISA) og mikroarkitekturer. Både ISA-er og mikroarkitekturer er forkortet til arkitekturer fordi det er uvanlig å forveksle ISA-er og mikroarkitekturer. I tillegg vil jeg stort sett snakke om CPU-arkitekturer, men andre prosessorer som GPU-er bruker både ISA-er og mikroarkitekturer.

ISA er et godt utgangspunkt fordi det er den mest grunnleggende delen av en prosessor og er det som inneholder den mest grunnleggende aspekter, som instruksjoner (som addisjon og multiplikasjon) og funksjoner (som å kunne håndtere tall som har 32 desimaler steder). Prosessorer som bruker en bestemt ISA kan bare kjøre kode designet for den ISA (selv om emulering er en løsning). Det er derfor det var en stor sak da Apple begynte å selge Mac-er med Apple-silisium fordi macOS ble bygget for Intel-prosessorer som bruker x86 ISA og Apples chips bruker ARM ISA.

Mikroarkitekturer kan ha en betydelig innvirkning på spilling, profesjonelt arbeid eller til og med tilfeldig datamaskinbruk.

Kort sagt er mikroarkitekturen det som forbinder ulike deler av prosessoren og hvordan de kobler sammen og samvirker for å implementere ISA. Så hvis ISA-er er som forskjellige språk, så er mikroarkitekturer dialekter. Å designe en helt ny brikke krever ikke å kaste ut ISA, og å lage en ny prosessor uten å endre ISA resulterer i en ny mikroarkitektur. Mikroarkitekturer bygget på samme ISA kan være vidt forskjellige, men kjøre den samme koden, selv om den ene brikken yter klart bedre enn den andre. Bedrifter har en tendens til å lage nye mikroarkitekturer for å øke ytelsen, legge til nye instruksjoner (kjent som utvidelser siden de ikke er innenfor basis-ISA), eller målrette mot en spesifikk applikasjon.

I dag har vi en håndfull ISA-er, hvor de viktigste er x86 (sameie av Intel og AMD), ARM (eid av Arm, men lisensiert til andre selskaper som Apple og Samsung), RISC-V (en åpen standard ISA som alle kan bruke gratis), og PowerPC (eid av IBM og mest brukt til datasenterting og tidligere mange konsoller som PS3 og Wii). Det er minst hundrevis, om ikke tusenvis, av mikroarkitekturer der ute, med noen kjente, inkludert Zen-serien fra AMD, Lake-serien fra Intel og Cortex-serien fra Arm.

ISA-er har definert grensene innen teknologi

Det faktum at programmerere må lage kode spesifikt for visse ISA-er for å kjøre naturlig (det vil si uten å trenge å bruke en løsning som emulering, som ofte gir dårlige resultater) har nødvendigvis skapt mange vegger når det kommer til datamaskiner. Utviklere har en tendens til å fokusere på bare én ISA, og den nesten ubrytelige koblingen mellom maskinvare og programvare har definert hvem som lager prosessorene for visse typer enheter.

x86 brukes nesten utelukkende i stasjonære datamaskiner, bærbare datamaskiner og spillkonsoller, og disse enhetene bruker nesten utelukkende x86. ARM, RISC-V og PowerPC har alle drevet med disse områdene, men x86 dominerer dem alle. Det er ikke engang nok det Microsoft har laget en ARM-versjon av Windows fordi tredjeparts programvareutviklere må lage ARM-versjoner av appene deres, og svært få av dem har. På den annen side gjorde Apples eierskap av macOS det mye enklere (om enn utfordrende) å bytte fra x86 Intel-brikker til sine egne.

På samme måte har ARM kvelertak på telefoner og nettbrett, og det har vært sant i omtrent to tiår. Innen Intel begynte å lage x86-brikker for telefoner på slutten av 2000-tallet hadde praktisk talt hele markedet brukt ARM i årevis, og Intel hadde vanskelig for å overbevise selskaper om å bytte.

I dag ser det ut til at grensene som ISA-er skapte, stort sett har stivnet. Det er ekstremt usannsynlig at ARM-brikker noen gang vil overta x86 på stasjonære og bærbare datamaskiner (selv om Apple gjør betydelige fremskritt her), og det er helt sikkert at smarttelefoner alltid vil bruke VÆPNE. Imidlertid er det betydelig konkurranse i fremvoksende markeder som datasentre og Internet of Things (IoT)-enheter. RISC-V kommer også med et overbevisende argument for at mange selskaper heller vil lage sine egne RISC-V-brikker for applikasjoner der det egentlig ikke er noe problem å trenge kompatibilitet på tvers av et bredt økosystem. Kanskje i en fjern fremtid vil noen av disse ISA-ene falle ut av bruk, men det virker sannsynlig at bare noen få store ISA-er vil være aktuelle til enhver tid.

Mikroarkitekturer kan gjøre eller ødelegge opplevelsen din på en enhet

Selv om du ikke kan ta markedsføringen av selskaper uten en klype salt, er det sant at mikroarkitekturer kan ha en betydelig innvirkning på spilling, profesjonelt arbeid eller til og med tilfeldig datamaskinbruk. Hvis du lurer på om du trenger den nyeste mikroarkitekturen i enheten eller ikke, her er noen ting du bør vurdere.

Spill drar ofte ikke nytte av alt en ny CPU-mikroarkitektur har å tilby, for eksempel en økning i instruksjoner per klokke (IPC), siden spill faktisk ikke bruker så mange råressurser. Imidlertid kan mikroarkitekturer komme med økninger til klokkehastighet, ekstra cache og andre egenskaper som kan være bedre for spill. Hvis du spiller videospill med høye bildehastigheter, kan opplevelsen din bli betydelig forbedret ved å bruke den nyeste prosessoren. Det kan være på tide å vurdere å oppgradere hvis CPU-en din er mer enn fem år gammel.

Det kan også være en god idé å oppgradere til en ny GPU med en ny mikroarkitektur. Nye grafikkort introduserer noen ganger nye funksjoner som Nvidias DLSS (som kun er tilgjengelig på RTX-merkede kort, og DLSS 3 kun på RTX 40-serien) og AV1-koding kun til stede på de nyeste RTX 40, RX 7000 og Arc Alchemist GPUene. I tillegg spillytelse hengsler på grafikkortet, og nye mikroarkitekturer er ofte sammenkoblet med kort som har mye mer rå hestekrefter og VRAM enn eldre seg.

Bør du oppgradere til CPUer med nye arkitekturer?

Når det kommer til profesjonelt og kreativt arbeid som gjengivelse, videoredigering og andre oppgaver, er det ofte verdt det å få en ny CPU eller GPU for både nye funksjoner og generelt høyere ytelse. Ytterligere CPU-instruksjoner som AVX er noen ganger nyttige, for eksempel. Potensielle ytelsesgevinster kan imidlertid variere mye avhengig av applikasjonen, og du bør undersøke programvaren din for å se om den kan dra nytte av nyere maskinvare.

For uformelle brukere er ikke fordelene med nyere maskinvare så tydelige siden grunnleggende applikasjoner kan kjøre på stort sett alt laget i løpet av det siste tiåret. Spesielt for bærbare brukere gir en mikroarkitektur ofte økt effektivitet, og bedre effektivitet betyr vanligvis lavere strømforbruk, som igjen betyr bedre batterilevetid.