Ce este o arhitectură de calculator?

Între prezentările de la companii de tehnologie precum AMD, Apple sau Intel și fișele de specificații pentru anumite dispozitive și alte produse, aproape sigur că ați cel puțin auzit cuvântul arhitectură. Apple se laudă că cipurile sale M1 și M2 folosesc BRAŢ arhitectura, iar AMD subliniază că arhitectura sa Zen 4 este mai bună decât arhitectura Intel Raptor Lake. Dar în tot marketingul, nu s-a explicat niciodată ce este de fapt „arhitectura”. Iată tot ce trebuie să știi despre arhitecturi și de ce contează.

Arhitectura: baza unui procesor

Arhitectura este un cuvânt vag în tehnologie, dar vorbesc aici despre arhitecturi cu seturi de instrucțiuni (ISA) și microarhitecturi. Atât ISA, cât și microarhitecturile sunt abreviate la arhitecturi, deoarece este neobișnuit să se confunde ISA-urile și microarhitecturile. În plus, voi vorbi mai ales despre arhitecturile CPU, dar alte procesoare, cum ar fi GPU-urile, folosesc atât ISA, cât și microarhitecturi.

ISA este un bun punct de plecare, deoarece este partea cea mai de bază a procesorului și este cea care conține cea mai fundamentală aspecte, cum ar fi instrucțiuni (cum ar fi adunarea și înmulțirea) și caracteristicile (cum ar fi capacitatea de a gestiona numere care au 32 zecimale locuri). Procesoarele care folosesc un anumit ISA pot rula doar cod proiectat pentru acel ISA (deși emularea este o soluție). De aceea, a fost o problemă când Apple a început să vândă Mac-uri cu siliciu Apple, deoarece macOS a fost construit pentru procesoarele Intel care utilizează x86 ISA iar cipurile Apple folosesc ARM ISA.

Microarhitecturile pot avea un impact semnificativ asupra jocurilor, muncii profesionale sau chiar folosirii ocazionale a computerului.

Pe scurt, microarhitectura este ceea ce conectează diferite părți ale procesorului și modul în care acestea se interconectează și interoperează pentru a implementa ISA. Deci, dacă ISA-urile sunt ca diferite limbi, atunci microarhitecturile sunt dialecte. Proiectarea unui cip nou-nouț nu necesită eliminarea ISA, iar crearea unui procesor nou fără modificarea ISA are ca rezultat o nouă microarhitectură. Microarhitecturile construite pe același ISA pot fi foarte diferite, dar rulează același cod, chiar dacă un cip funcționează în mod clar mai bine decât celălalt. Companiile tind să creeze noi microarhitecturi pentru a crește performanța, pentru a adăuga instrucțiuni noi (cunoscute ca extensii, deoarece nu se află în ISA de bază) sau pentru a viza o anumită aplicație.

Astăzi, avem o mână de ISA-uri, cele mai importante fiind x86 (codeținut de Intel și AMD), ARM (deținut de Arm, dar licențiat altor companii precum Apple și Samsung), RISC-V (un ISA standard deschis pe care oricine îl poate folosi gratuit) și PowerPC (deținut de IBM și folosit în mare parte pentru chestii din centrele de date și anterior o mulțime de console precum PS3 și Wii). Există cel puțin sute, dacă nu mii, de microarhitecturi acolo, cu unele celebre inclusiv seria Zen de la AMD, seria Lake de la Intel și seria Cortex de la Arm.

ISA-urile au definit granițele în cadrul tehnologiei

Faptul că programatorii trebuie să creeze cod special pentru anumite ISA-uri pentru a rula nativ (adică fără a avea nevoie de a folosi o soluție cum ar fi emularea, care adesea are performanțe slabe) a creat neapărat o mulțime de pereți când vine vorba de calculatoare. Dezvoltatorii tind să se concentreze doar pe un singur ISA și acea legătură aproape de neîntrerupt între hardware și software a definit cine produce procesoarele pentru anumite tipuri de dispozitive.

x86 este folosit aproape exclusiv în desktop-uri, laptopuri și console de jocuri, iar acele dispozitive la rândul lor folosesc aproape exclusiv x86. ARM, RISC-V și PowerPC s-au interesat cu toții în aceste domenii, dar x86 le domină pe toate. Nici măcar nu este suficient Microsoft a creat o versiune ARM de Windows deoarece dezvoltatorii de software terți trebuie să facă versiunile ARM ale aplicațiilor lor, și foarte puțini dintre ei au. Pe de altă parte, deținerea de către Apple a macOS a făcut mult mai ușor (deși încă provocator) trecerea de la cipurile Intel x86 la ale sale.

De asemenea, ARM are o stăpânire pe telefoane și tablete, iar asta este adevărat de aproximativ două decenii. Până când Intel a început să producă cipuri x86 pentru telefoane la sfârșitul anilor 2000, aproape întreaga piață folosea ARM de ani de zile, iar Intel a avut greu să convingă companiile să schimbe.

Astăzi, se pare că granițele create de ISA s-au solidificat în mare parte. Este extrem de puțin probabil ca cipurile ARM să depășească vreodată x86 în desktop-uri și laptop-uri (chiar dacă Apple face progrese semnificative aici) și este aproape sigur că smartphone-urile vor folosi întotdeauna BRAŢ. Cu toate acestea, există o concurență semnificativă pe piețele emergente, cum ar fi centrele de date și dispozitivele Internet of Things (IoT). RISC-V face, de asemenea, un argument convingător că multe companii ar prefera să-și creeze propriile cipuri RISC-V pentru aplicații în care necesitatea de compatibilitate într-un ecosistem larg nu este cu adevărat o problemă. Poate că într-un viitor îndepărtat, unele dintre aceste ISA-uri vor cădea din uz, dar se pare că doar câteva ISA majore vor fi vreodată relevante la un moment dat.

Microarhitecturile vă pot face sau distruge experiența pe un dispozitiv

Deși nu poți lua marketingul companiilor fără un sâmbure de sare, este adevărat că microarhitecturile pot avea un impact semnificativ asupra jocurilor, muncii profesionale sau chiar folosirii ocazionale a computerului. Dacă vă întrebați dacă aveți nevoie de cea mai recentă microarhitectură a dispozitivului dvs. sau nu, iată câteva lucruri de luat în considerare.

De multe ori, jocurile nu beneficiază de tot ceea ce are de oferit o nouă microarhitectură a procesorului, cum ar fi o creștere a instrucțiunilor pe ceas (IPC), deoarece jocurile nu folosesc de fapt atât de multe resurse brute. Cu toate acestea, microarhitecturile pot veni cu creșteri ale vitezei de ceas, cache suplimentară și alte caracteristici care ar putea fi mai bune pentru jocuri. Dacă jucați jocuri video la framerate mari, experiența dvs. poate fi îmbunătățită semnificativ prin utilizarea celui mai recent procesor. Ar putea fi timpul să luați în considerare actualizarea dacă procesorul dvs. are mai mult de cinci ani.

Actualizarea la un nou GPU cu o nouă microarhitectură ar putea fi, de asemenea, o idee bună. Noile plăci grafice introduc uneori noi funcții, cum ar fi DLSS de la Nvidia (care este disponibil numai pe plăcile de marcă RTX și DLSS 3 numai pe seria RTX 40) și codificarea AV1 sunt prezente numai pe cele mai recente GPU-uri RTX 40, RX 7000 și Arc Alchemist. În plus, performanța jocurilor balamale de pe placa grafică, iar noile microarhitecturi sunt adesea asociate cu plăci care au mult mai mulți cai putere brută și VRAM decât mai vechi. cele.

Ar trebui să faceți upgrade la procesoare cu arhitecturi noi?

Când vine vorba de lucrări profesionale și creative, cum ar fi randarea, editarea video și alte sarcini, obținerea unui nou procesor sau GPU merită adesea atât pentru funcții noi, cât și pentru performanțe în general mai mari. Instrucțiuni suplimentare pentru CPU, cum ar fi AVX, sunt uneori utile, de exemplu. Cu toate acestea, câștigurile potențiale de performanță pot varia foarte mult în funcție de aplicație și ar trebui să vă cercetați software-ul pentru a vedea dacă poate beneficia de un hardware mai nou.

Pentru utilizatorii ocazionali, beneficiile hardware-ului mai nou nu sunt atât de evidente, deoarece aplicațiile de bază pot rula pe aproape orice produs în ultimul deceniu. Pentru utilizatorii de laptopuri, în special, o microarhitectură aduce adesea o eficiență sporită, iar o eficiență mai bună înseamnă de obicei un consum mai mic de energie, ceea ce înseamnă, la rândul său, o durată de viață mai bună a bateriei.