O que é uma arquitetura de computador?

Entre apresentações de empresas de tecnologia como AMD, Apple ou Intel e folhas de especificações de determinados dispositivos e outros produtos, é quase certo que você tenha pelo menos ouviu a palavra arquitetura. A Apple se gaba de que seus chips M1 e M2 usam o BRAÇO arquitetura, e a AMD destaca que sua arquitetura Zen 4 é melhor que a arquitetura Raptor Lake da Intel. Mas em todo o marketing, nunca é realmente explicado o que realmente é “arquitetura”. Aqui está tudo o que você precisa saber sobre arquiteturas e por que elas são importantes.

Arquitetura: a base de um processador

Arquitetura é uma palavra vaga em tecnologia, mas estou falando aqui de arquiteturas de conjunto de instruções (ISA) e microarquiteturas. Tanto ISAs quanto microarquiteturas são abreviados para arquiteturas porque é incomum confundir ISAs e microarquiteturas. Além disso, falarei principalmente sobre arquiteturas de CPU, mas outros processadores, como GPUs, usam ISAs e microarquiteturas.

O ISA é um bom ponto de partida porque é a parte mais básica de um processador e é o que contém seus componentes mais fundamentais. aspectos, como instruções (como adição e multiplicação) e recursos (como ser capaz de lidar com números que possuem 32 casas decimais lugares). Os processadores que usam um determinado ISA só podem executar código projetado para esse ISA (embora a emulação seja uma solução alternativa). É por isso que foi um grande negócio quando a Apple começou a vender Macs com silício da Apple, porque o macOS foi desenvolvido para CPUs Intel que usam o ISA x86 e os chips da Apple usam o ARM ISA.

As microarquiteturas podem ter um impacto significativo nos jogos, no trabalho profissional ou até mesmo no uso casual do computador.

Resumindo, a microarquitetura é o que conecta diferentes partes do processador e como elas se interconectam e interoperam para implementar o ISA. Portanto, se os ISAs são como linguagens diferentes, então as microarquiteturas são dialetos. Projetar um chip totalmente novo não exige descartar o ISA, e criar um novo processador sem alterar o ISA resulta em uma nova microarquitetura. Microarquiteturas construídas no mesmo ISA podem ser muito diferentes, mas executam o mesmo código, mesmo que um chip tenha um desempenho claramente melhor que o outro. As empresas tendem a criar novas microarquiteturas para aumentar o desempenho, adicionar novas instruções (conhecidas como extensões, pois não estão dentro do ISA base) ou direcionar uma aplicação específica.

Hoje, temos um punhado de ISAs, sendo os principais x86 (co-propriedade da Intel e AMD), ARM (de propriedade da Arm, mas licenciado para outras empresas como Apple e Samsung), RISC-V (um ISA de padrão aberto que qualquer um pode usar gratuitamente) e PowerPC (de propriedade da IBM e usado principalmente para coisas de datacenter e anteriormente em muitos consoles como PS3 e Wii). Existem pelo menos centenas, senão milhares, de microarquiteturas por aí, com algumas famosas, incluindo a série Zen da AMD, a série Lake da Intel e a série Cortex da Arm.

ISAs definiram os limites dentro da tecnologia

O fato de os programadores terem que criar código especificamente para determinados ISAs para que possam ser executados nativamente (ou seja, sem a necessidade usar uma solução alternativa como a emulação, que muitas vezes tem um desempenho ruim) necessariamente criou muitas barreiras quando se trata de computadores. Os desenvolvedores tendem a se concentrar em apenas um ISA, e esse vínculo quase inquebrável entre hardware e software definiu quem fabrica os processadores para determinados tipos de dispositivos.

O x86 é usado quase exclusivamente em desktops, laptops e consoles de jogos, e esses dispositivos, por sua vez, usam quase exclusivamente o x86. ARM, RISC-V e PowerPC se envolveram nessas áreas, mas o x86 domina todas elas. Não é nem suficiente isso A Microsoft fez uma versão ARM do Windows porque os desenvolvedores de software de terceiros precisam fazer Versões ARM de seus aplicativos, e muito poucos deles o fizeram. Por outro lado, a propriedade do macOS pela Apple tornou muito mais fácil (embora ainda desafiador) a mudança dos chips Intel x86 para os seus próprios.

Da mesma forma, o ARM domina telefones e tablets, e isso é verdade há cerca de duas décadas. Quando chegar a hora Intel começou a fabricar chips x86 para telefones no final dos anos 2000, praticamente todo o mercado usava ARM há anos, e a Intel teve dificuldade em convencer as empresas a mudar.

Hoje, parece que as fronteiras criadas pelas ISA se solidificaram na sua maioria. É extremamente improvável que os chips ARM ultrapassem o x86 em desktops e laptops (embora A Apple está fazendo progressos significativos aqui), e é quase certo que os smartphones sempre usarão BRAÇO. No entanto, existe uma concorrência significativa em mercados emergentes, como centros de dados e dispositivos de Internet das Coisas (IoT). O RISC-V também apresenta um argumento convincente de que muitas empresas preferem fabricar seus próprios chips RISC-V para aplicações onde a necessidade de compatibilidade em um amplo ecossistema não é realmente uma preocupação. Talvez num futuro distante, algumas destas ISA caiam em desuso, mas parece provável que apenas algumas ISA importantes serão relevantes num determinado momento.

Microarquiteturas podem melhorar ou prejudicar sua experiência em um dispositivo

Embora não seja possível encarar o marketing de empresas sem cautela, é verdade que as microarquiteturas podem ter um impacto significativo nos jogos, no trabalho profissional ou até mesmo no uso casual do computador. Se você está se perguntando se precisa ou não da microarquitetura mais recente em seu dispositivo, aqui estão algumas coisas a serem consideradas.

Os jogos muitas vezes não se beneficiam de tudo que uma nova microarquitetura de CPU tem a oferecer, como um aumento nas instruções por clock (IPC), já que os jogos na verdade não usam tantos recursos brutos. No entanto, as microarquiteturas podem vir com aumentos na velocidade do clock, cache adicional e outras características que podem ser melhores para jogos. Se você joga videogame com altas taxas de quadros, sua experiência pode ser significativamente melhorada com o uso do processador mais recente. Talvez seja hora de considerar a atualização se sua CPU tiver mais de cinco anos.

Atualizar para uma nova GPU com uma nova microarquitetura também pode ser uma boa ideia. Às vezes, novas placas gráficas introduzem novos recursos, como o DLSS da Nvidia (que está disponível apenas em placas da marca RTX e DLSS 3 apenas em a série RTX 40) e codificação AV1 presentes apenas nas GPUs RTX 40, RX 7000 e Arc Alchemist mais recentes. Além disso, o desempenho dos jogos depende da placa gráfica, e novas microarquiteturas são frequentemente combinadas com placas que têm muito mais potência bruta e VRAM do que as antigas uns.

Você deveria atualizar para CPUs com novas arquiteturas?

Quando se trata de trabalho profissional e criativo, como renderização, edição de vídeo e outras tarefas, muitas vezes vale a pena adquirir uma nova CPU ou GPU, tanto pelos novos recursos quanto pelo desempenho geralmente superior. Instruções adicionais da CPU, como AVX, às vezes são úteis, por exemplo. No entanto, os ganhos potenciais de desempenho podem variar muito dependendo do aplicativo e você deve pesquisar seu software para ver se ele pode se beneficiar de hardware mais recente.

Para usuários casuais, os benefícios do hardware mais recente não são tão aparentes, já que os aplicativos básicos podem ser executados em praticamente qualquer coisa feita na última década. Porém, para usuários de laptop em particular, uma microarquitetura geralmente traz maior eficiência, e melhor eficiência geralmente significa menor consumo de energia, o que por sua vez significa melhor vida útil da bateria.