สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์คืออะไร?

ระหว่างการนำเสนอจากบริษัทเทคโนโลยีอย่าง AMD, Apple หรือ Intel และเอกสารข้อมูลจำเพาะสำหรับอุปกรณ์และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อย่างน้อยที่สุด ได้ยิน คำว่าสถาปัตยกรรม Apple อวดว่าชิป M1 และ M2 ใช้ แขน สถาปัตยกรรม และ AMD เน้นย้ำว่าสถาปัตยกรรม Zen 4 นั้นดีกว่าสถาปัตยกรรม Raptor Lake ของ Intel แต่ในด้านการตลาดทั้งหมดนั้น ไม่เคยมีการอธิบายจริงๆ ว่าจริงๆ แล้ว "สถาปัตยกรรม" คืออะไร นี่คือทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับสถาปัตยกรรมและเหตุใดจึงมีความสำคัญ

สถาปัตยกรรม: รากฐานของโปรเซสเซอร์

สถาปัตยกรรมเป็นคำที่คลุมเครือในเทคโนโลยี แต่ฉันกำลังพูดถึงสถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง (ISA) และสถาปัตยกรรมไมโคร ทั้ง ISA และสถาปัตยกรรมไมโครมีชื่อย่อว่าสถาปัตยกรรม เนื่องจากเป็นเรื่องปกติที่จะทำให้ ISA และสถาปัตยกรรมไมโครสับสน นอกจากนี้ ฉันจะพูดถึงสถาปัตยกรรม CPU เป็นส่วนใหญ่ แต่โปรเซสเซอร์อื่นๆ เช่น GPU ใช้ทั้ง ISA และสถาปัตยกรรมไมโคร

ISA เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีเนื่องจากเป็นส่วนพื้นฐานที่สุดของโปรเซสเซอร์และเป็นส่วนพื้นฐานที่สุด ด้านต่างๆ เช่น คำแนะนำ (เช่น การบวกและการคูณ) และคุณลักษณะ (เช่น ความสามารถในการจัดการตัวเลขที่มีทศนิยม 32 หลัก สถานที่). โปรเซสเซอร์ที่ใช้ ISA บางอย่างสามารถเรียกใช้โค้ดที่ออกแบบมาสำหรับ ISA นั้นเท่านั้น (แม้ว่าการจำลองจะเป็นวิธีแก้ปัญหาชั่วคราว) นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไม Apple เริ่มขาย Mac ที่ใช้ Apple Silicon จึงเป็นเรื่องใหญ่ เนื่องจาก macOS ถูกสร้างขึ้นสำหรับ CPU ของ Intel ที่ใช้

x86 มอก และชิปของ Apple ใช้ อาร์ม ไอเอสเอ.

สถาปัตยกรรมไมโครสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเล่นเกม การทำงานระดับมืออาชีพ หรือแม้แต่การใช้คอมพิวเตอร์ทั่วไป

กล่าวโดยสรุป สถาปัตยกรรมไมโครคือสิ่งที่เชื่อมต่อส่วนต่างๆ ของโปรเซสเซอร์ และวิธีที่พวกมันเชื่อมต่อและทำงานร่วมกันเพื่อนำ ISA ไปใช้ ดังนั้นหาก ISA เป็นเหมือนภาษาที่แตกต่างกัน สถาปัตยกรรมจุลภาคก็เป็นภาษาถิ่น การออกแบบชิปใหม่ล่าสุดไม่จำเป็นต้องละทิ้ง ISA และการสร้างโปรเซสเซอร์ใหม่โดยไม่เปลี่ยนแปลง ISA ส่งผลให้เกิดสถาปัตยกรรมไมโครใหม่ สถาปัตยกรรมไมโครที่สร้างขึ้นบน ISA เดียวกันอาจแตกต่างกันอย่างมากแต่ใช้โค้ดเดียวกัน แม้ว่าชิปตัวหนึ่งจะทำงานได้ดีกว่าตัวอื่นอย่างชัดเจนก็ตาม บริษัทมีแนวโน้มที่จะสร้างสถาปัตยกรรมไมโครใหม่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เพิ่มคำสั่งใหม่ (เรียกว่าส่วนขยายเนื่องจากไม่อยู่ใน ISA ฐาน) หรือกำหนดเป้าหมายแอปพลิเคชันเฉพาะ

ปัจจุบัน เรามี ISA อยู่จำนวนหนึ่ง โดย ISA หลักๆ คือ x86 (เป็นเจ้าของร่วมโดย Intel และ AMD), ARM (เป็นเจ้าของโดย Arm แต่ได้รับอนุญาตจากบริษัทอื่นๆ เช่น Apple และ Samsung) RISC-V (ISA มาตรฐานแบบเปิดที่ใครๆ ก็สามารถใช้ได้ฟรี) และ PowerPC (เป็นของ IBM และส่วนใหญ่ใช้สำหรับศูนย์ข้อมูลและก่อนหน้านี้มีคอนโซลจำนวนมากเช่น PS3 และ Wii) มีสถาปัตยกรรมไมโครอย่างน้อยหลายร้อยหรือหลายพันสถาปัตยกรรม โดยมีบางสถาปัตยกรรมที่มีชื่อเสียง เช่น ซีรีส์ Zen จาก AMD, ซีรีส์ Lake จาก Intel และซีรีส์ Cortex จาก Arm

ISA ได้กำหนดขอบเขตภายในเทคโนโลยี

ความจริงที่ว่าโปรแกรมเมอร์ต้องสร้างโค้ดโดยเฉพาะสำหรับ ISA บางตัวเพื่อที่จะทำงานได้แบบเนทีฟ (นั่นคือ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ การใช้วิธีแก้ปัญหาเช่นการจำลองซึ่งมักจะทำงานได้ไม่ดี) จำเป็นต้องสร้างกำแพงจำนวนมากเมื่อมาถึง คอมพิวเตอร์ นักพัฒนามีแนวโน้มที่จะมุ่งเน้นไปที่ ISA เพียงแห่งเดียว และการเชื่อมโยงที่แทบจะไม่มีทางแตกหักระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ได้กำหนดว่าใครเป็นผู้สร้างโปรเซสเซอร์สำหรับอุปกรณ์บางประเภท

x86 แทบจะใช้เฉพาะในเดสก์ท็อป แล็ปท็อป และคอนโซลเกม และอุปกรณ์เหล่านั้นก็ใช้ x86 เกือบทั้งหมดด้วย ARM, RISC-V และ PowerPC ต่างก็ขลุกอยู่ในพื้นที่เหล่านี้ แต่ x86 ก็ครอบงำพวกเขาทั้งหมด แค่นั้นยังไม่พอ Microsoft ได้สร้าง Windows เวอร์ชัน ARM เพราะนักพัฒนาซอฟต์แวร์บุคคลที่สามจำเป็นต้องทำ แอพเวอร์ชัน ARMและมีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่มี ในทางกลับกัน การเป็นเจ้าของ macOS ของ Apple ทำให้การเปลี่ยนจากชิป x86 Intel ไปเป็นของตัวเองง่ายขึ้นมาก (แม้ว่าจะยังท้าทายอยู่ก็ตาม)

ในทำนองเดียวกัน ARM ก็มีกำมือบนโทรศัพท์และแท็บเล็ต และนั่นเป็นเรื่องจริงมาประมาณสองทศวรรษแล้ว โดยตามเวลา Intel เริ่มผลิตชิป x86 สำหรับโทรศัพท์ ในช่วงปลายทศวรรษ 2000 ตลาดเกือบทั้งหมดใช้ ARM มาหลายปีแล้ว และ Intel ก็ประสบปัญหาในการโน้มน้าวบริษัทต่างๆ ให้เปลี่ยน

ปัจจุบัน ดูเหมือนว่าขอบเขตที่ ISA สร้างขึ้นนั้นแข็งแกร่งขึ้นเป็นส่วนใหญ่ ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่ชิป ARM จะแซงหน้า x86 ในเดสก์ท็อปและแล็ปท็อป (แม้ว่า Apple กำลังก้าวหน้าอย่างมากที่นี่) และแน่นอนว่าสมาร์ทโฟนจะใช้อยู่เสมอ แขน. อย่างไรก็ตาม มีการแข่งขันที่สำคัญในตลาดเกิดใหม่ เช่น ศูนย์ข้อมูลและอุปกรณ์ Internet of Things (IoT) RISC-V ยังโต้แย้งที่น่าสนใจว่าบริษัทหลายแห่งค่อนข้างจะสร้างชิป RISC-V ของตัวเองสำหรับแอปพลิเคชันที่ไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงความเข้ากันได้ในระบบนิเวศที่กว้างขวาง บางทีในอนาคตอันไกลนี้ ISA เหล่านี้บางส่วนอาจเลิกใช้งาน แต่ดูเหมือนว่ามี ISA หลักเพียงไม่กี่รายการเท่านั้นที่จะมีความเกี่ยวข้องในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง

สถาปัตยกรรมไมโครสามารถสร้างหรือทำลายประสบการณ์ของคุณบนอุปกรณ์ได้

แม้ว่าคุณจะทำการตลาดของบริษัทต่างๆ ไม่ได้โดยที่ไม่ใส่ใจ แต่ก็เป็นความจริงที่ว่าสถาปัตยกรรมไมโครสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเล่นเกม การทำงานระดับมืออาชีพ หรือแม้แต่การใช้คอมพิวเตอร์ทั่วไป หากคุณสงสัยว่าคุณต้องการสถาปัตยกรรมไมโครล่าสุดในอุปกรณ์ของคุณหรือไม่ ต่อไปนี้เป็นสิ่งที่ควรพิจารณา

เกมมักจะไม่ได้รับประโยชน์จากทุกสิ่งที่สถาปัตยกรรมไมโคร CPU ใหม่มีให้ เช่น การเพิ่มคำสั่งต่อนาฬิกา (IPC) เนื่องจากเกมไม่ได้ใช้ทรัพยากรดิบมากนัก อย่างไรก็ตาม สถาปัตยกรรมไมโครสามารถมาพร้อมกับการเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกา แคชเพิ่มเติม และคุณลักษณะอื่นๆ ที่อาจดีกว่าสำหรับการเล่นเกม หากคุณเล่นวิดีโอเกมที่อัตราเฟรมสูง ประสบการณ์ของคุณอาจได้รับการปรับปรุงอย่างมากโดยใช้โปรเซสเซอร์ล่าสุด อาจถึงเวลาที่ต้องพิจารณาอัปเกรดหาก CPU ของคุณมีอายุเกินห้าปี

การอัพเกรดเป็น GPU ใหม่ด้วยสถาปัตยกรรมไมโครใหม่อาจเป็นความคิดที่ดีเช่นกัน กราฟิกการ์ดใหม่บางครั้งแนะนำคุณสมบัติใหม่ เช่น DLSS ของ Nvidia (ซึ่งมีเฉพาะในการ์ดแบรนด์ RTX และ DLSS 3 เท่านั้น ซีรีส์ RTX 40) และการเข้ารหัส AV1 มีอยู่ใน GPU RTX 40, RX 7000 และ Arc Alchemist ล่าสุดเท่านั้น นอกจากนี้ประสิทธิภาพของการเล่นเกม บานพับบนกราฟิกการ์ด และสถาปัตยกรรมไมโครใหม่มักจะจับคู่กับการ์ดที่มีแรงม้าดิบและ VRAM มากกว่ารุ่นเก่ามาก คน

คุณควรอัปเกรดเป็น CPU ด้วยสถาปัตยกรรมใหม่หรือไม่

เมื่อพูดถึงงานระดับมืออาชีพและสร้างสรรค์ เช่น การเรนเดอร์ การตัดต่อวิดีโอ และงานอื่นๆ การซื้อ CPU หรือ GPU ใหม่มักจะคุ้มค่าสำหรับทั้งคุณสมบัติใหม่และประสิทธิภาพที่สูงขึ้นโดยทั่วไป บางครั้งคำสั่ง CPU เพิ่มเติมเช่น AVX ก็มีประโยชน์เช่นกัน ประสิทธิภาพที่เป็นไปได้ที่เพิ่มขึ้นอาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน และคุณควรศึกษาซอฟต์แวร์ของคุณเพื่อดูว่าจะได้รับประโยชน์จากฮาร์ดแวร์รุ่นใหม่หรือไม่

สำหรับผู้ใช้ทั่วไป ประโยชน์ของฮาร์ดแวร์รุ่นใหม่นั้นไม่ชัดเจนนัก เนื่องจากแอปพลิเคชันพื้นฐานสามารถทำงานบนแทบทุกอย่างที่สร้างขึ้นภายในทศวรรษที่ผ่านมา สำหรับผู้ใช้แล็ปท็อปโดยเฉพาะ สถาปัตยกรรมไมโครมักจะนำมาซึ่งประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น และประสิทธิภาพที่ดีขึ้นมักจะหมายถึงการใช้พลังงานที่ลดลง ซึ่งหมายความว่าอายุการใช้งานแบตเตอรี่จะดีขึ้น