Vad är en datorarkitektur?

Mellan presentationer från teknikföretag som AMD, Apple eller Intel och specifikationsblad för vissa enheter och andra produkter har du nästan säkert åtminstone hört ordet arkitektur. Apple skryter om att dess M1- och M2-chips använder ÄRM arkitektur, och AMD framhåller att dess Zen 4-arkitektur är bättre än Intels Raptor Lake-arkitektur. Men i all marknadsföring har det aldrig riktigt förklarats vad "arkitektur" faktiskt är. Här är allt du behöver veta om arkitekturer och varför de är viktiga.

Arkitektur: grunden för en processor

Arkitektur är ett vagt ord inom teknik, men jag pratar här om instruktionsuppsättningsarkitekturer (ISA) och mikroarkitekturer. Både ISA och mikroarkitekturer förkortas till arkitekturer eftersom det är ovanligt att blanda ihop ISA och mikroarkitekturer. Dessutom kommer jag mest att prata om CPU-arkitekturer, men andra processorer som GPU: er använder både ISA och mikroarkitekturer.

ISA är en bra utgångspunkt eftersom det är den mest grundläggande delen av en processor och är det som innehåller dess mest grundläggande aspekter, som instruktioner (som addition och multiplikation) och funktioner (som att kunna hantera tal som har 32 decimaler platser). Processorer som använder en viss ISA kan bara köra kod designad för den ISA (även om emulering är en lösning). Det var därför det var en stor sak när Apple började sälja Mac-datorer med Apple-kisel eftersom macOS byggdes för Intel-processorer som använder x86 ISA och Apples marker använder ARM ISA.

Mikroarkitekturer kan ha en betydande inverkan på spel, professionellt arbete eller till och med tillfällig datoranvändning.

Kort sagt är mikroarkitekturen det som kopplar samman olika delar av processorn och hur de sammankopplar och samverkar för att implementera ISA. Så om ISA är som olika språk, då är mikroarkitekturer dialekter. Att designa ett helt nytt chip kräver inte att man kastar ut ISA och skapar en ny processor utan att ändra ISA resulterar i en ny mikroarkitektur. Mikroarkitekturer byggda på samma ISA kan vara väldigt olika men köra samma kod, även om det ena chipet klart presterar bättre än det andra. Företag tenderar att skapa nya mikroarkitekturer för att öka prestanda, lägga till nya instruktioner (kända som tillägg eftersom de inte är inom bas-ISA) eller rikta in sig på en specifik applikation.

Idag har vi en handfull ISA, där de största är x86 (samägd av Intel och AMD), ARM (ägd av Arm men licensierad till andra företag som Apple och Samsung), RISC-V (en öppen standard ISA som alla kan använda gratis) och PowerPC (ägs av IBM och används mest för datacentersaker och tidigare massor av konsoler som PS3 och Wii). Det finns åtminstone hundratals, om inte tusentals, mikroarkitekturer där ute, med några kända sådana inklusive Zen-serien från AMD, Lake-serien från Intel och Cortex-serien från Arm.

ISA har definierat gränserna inom teknik

Det faktum att programmerare måste göra kod specifikt för vissa ISA för att kunna köras inbyggt (det vill säga utan att behöva att använda en lösning som emulering, som ofta fungerar dåligt) har nödvändigtvis skapat många väggar när det kommer till datorer. Utvecklare tenderar att fokusera på bara en ISA, och den nästan okrossbara länken mellan hårdvara och mjukvara har definierat vem som tillverkar processorerna för vissa typer av enheter.

x86 används nästan uteslutande i stationära datorer, bärbara datorer och spelkonsoler, och dessa enheter använder i sin tur nästan uteslutande x86. ARM, RISC-V och PowerPC har alla sysslat med dessa områden, men x86 dominerar dem alla. Det räcker inte ens med det Microsoft har gjort en ARM-version av Windows eftersom mjukvaruutvecklare från tredje part måste göra ARM-versioner av sina appar, och väldigt få av dem har. Å andra sidan gjorde Apples ägande av macOS det mycket lättare (om än fortfarande utmanande) att byta från x86 Intel-chips till sina egna.

Likaså har ARM ett strypgrepp på telefoner och surfplattor, och det har varit sant i ungefär två decennier. När Intel började tillverka x86-chips för telefoner i slutet av 2000-talet hade praktiskt taget hela marknaden använt ARM i flera år, och Intel hade svårt att övertyga företag att byta.

Idag verkar det som att de gränser som ISA skapade mestadels har stelnat. Det är extremt osannolikt att ARM-chips någonsin kommer att gå om x86 i stationära och bärbara datorer (även om Apple gör betydande framsteg här), och det är nästan säkert att smartphones alltid kommer att använda ÄRM. Det finns dock betydande konkurrens på framväxande marknader som datacenter och Internet of Things (IoT)-enheter. RISC-V ger också ett övertygande argument att många företag hellre skulle göra sina egna RISC-V-chips för applikationer där behovet av kompatibilitet över ett brett ekosystem egentligen inte är ett problem. Kanske i en avlägsen framtid kommer några av dessa ISA: er att gå ur bruk, men det verkar troligt att endast ett fåtal större ISA: er någonsin kommer att vara relevanta vid ett visst ögonblick.

Mikroarkitekturer kan göra eller bryta din upplevelse på en enhet

Även om du inte kan ta marknadsföring av företag utan en nypa salt, är det sant att mikroarkitekturer kan ha en betydande inverkan på spel, professionellt arbete eller till och med tillfällig datoranvändning. Om du undrar om du behöver den senaste mikroarkitekturen i din enhet eller inte, här är några saker att tänka på.

Spel drar ofta inte nytta av allt en ny CPU-mikroarkitektur har att erbjuda, till exempel en ökning av instruktioner per klocka (IPC), eftersom spel faktiskt inte använder så många råresurser. Däremot kan mikroarkitekturer komma med höjningar av klockhastigheten, ytterligare cache och andra egenskaper som kan vara bättre för spel. Om du spelar videospel med höga bildhastigheter kan din upplevelse förbättras avsevärt genom att använda den senaste processorn. Det kan vara dags att överväga att uppgradera om din CPU är mer än fem år gammal.

Att uppgradera till en ny GPU med en ny mikroarkitektur kan också vara en bra idé. Nya grafikkort introducerar ibland nya funktioner som Nvidias DLSS (som endast är tillgänglig på RTX-märkta kort och DLSS 3 endast på RTX 40-serien) och AV1-kodning endast närvarande på de senaste RTX 40, RX 7000 och Arc Alchemist GPU: erna. Dessutom spelprestanda gångjärn på grafikkortet, och nya mikroarkitekturer är ofta ihopkopplade med kort som har mycket mer råa hästkrafter och VRAM än äldre ettor.

Ska du uppgradera till processorer med nya arkitekturer?

När det kommer till professionellt och kreativt arbete som rendering, videoredigering och andra uppgifter är det ofta värt att skaffa en ny CPU eller GPU för både nya funktioner och generellt högre prestanda. Ytterligare CPU-instruktioner som AVX är ibland användbara, till exempel. Potentiella prestandavinster kan dock variera mycket beroende på applikation, och du bör undersöka din programvara för att se om den kan dra nytta av nyare hårdvara.

För tillfälliga användare är fördelarna med nyare hårdvara inte så uppenbara eftersom grundläggande applikationer kan köras på i stort sett allt som gjorts under det senaste decenniet. Speciellt för bärbara datoranvändare ger dock en mikroarkitektur ofta ökad effektivitet, och bättre effektivitet innebär vanligtvis lägre strömförbrukning, vilket i sin tur innebär bättre batteritid.