Arquitectura ARM, ¿en qué consiste y cuál ha sido su impacto?

Una de las razones por las que ARM es tan especial: limita el consumo energético.

ARM, anteriormente Advanced RISC Machine, es una familia de arquitecturas RISC (Reduced Instruction Set Computing = Ordenador con Conjunto Reducido de Instruccio|nes) para procesadores de computadora. También existe la arquitectura CISC (Complex Instruction Set Computing = Ordenador con Conjunto Complejo de Instrucciones) que se encuentra en los procesadores x86 de fabricantes como Intel, AMD etc, encontrados en computadoras personales.

RISC vs CISC.

Las máquinas basadas en RISC siempre ejecutan una instrucción por cada ciclo de reloj, además de que típicamente, requieren menos transistores que CISC. Las máquinas basadas en CISC pueden tener instrucciones especiales que toman más de un ciclo para ejecutarse. RISC ejecutará un programa con muchas instrucciones y requerirá de más memoria RAM para ir cargando éstas, mientras que CISC lo haría en una o pocas instrucciones, aunque sacrificando el número de ciclos y también usando mayor cantidad de transistores para implementar más instrucciones de mayor complejidad. Por lo anterior, se puede decir que máquinas basadas en RISC tienen mejoras en costo, consumo de poder, y disipación de calor. Por lo general, el rendimiento de un chip de Intel de gama alta tiene una TDP (Thermal Design Power = Potencia de diseño térmico) de 130 watts. Por otro lado, el rendimiento más alto de los chips para dispositivos móviles consumen menos de cuatro watts, regularmente menos. Y esta es una de las razones por las que ARM es tan especial, limitando el consumo energético, por ejemplo en un posible SoC (System-on-Chip) que tuviere CPU multinúcleo, GPU y MMU con el consumo de energía como sigue: dos watts máximo para el CPU, dos watts para el GPU y 0.5 watts para el MMU y el resto del SoC.

Origen

El diseño de la arquitectura ARM comenzó en 1983 como un proyecto de desarrollo por la empresa Acorn Computers. La primera Acorn RISC Machine fue lanzada en 1987. Ésta última conteniendo al ARM2 que es probablemente el procesador de 32 bits útil más simple del mundo. Posteriormente, la compañía fue fundada en 1990 como Advanced RISC Machines Ltd como una asociación entre Acorn Computers, Apple Computer (ahora Apple Inc.) y VLSI Technology.

En 1993 se estrenó la Apple Newton con arquitectura ARM. Tuvo fallas que disminuyeron su usabilidad ampliamente, debido a esto, ARM se dio cuenta que ellos no podían basar su éxito en productos individuales, Por lo que el CEO Sir Robin introdujo el modelo de negocio IP (Intelectual Property = Propiedad Intelectual). Por lo que actualmente, ARM Holdings desarrolla la arquitectura y distribuye la licencia a otras compañías, quienes diseñan sus propios productos como Systems-on-Chips (SoC) que contienen memoria, interfaces, etc. pero incorporando los diseños de núcleos de ARM. Algunos titulares de licencias son: Apple Inc., Atmel, Broadcom, Freescale, Intel (a través de DEC), LG, Microsoft, Nintendo, Nokia, Nvidia, Sony, NXP (antes Philips Semiconductors), Qualcomm, Samsung, Sharp, STMicroelectronics, Texas Instruments, VLSI Technology y ZiiLABS.

En 1993 al hacer acuerdo con Texas Instruments (TI), ARM ganó credibilidad y le trajo contratos con Samsung y Sharp. En 1994, durante la revolución de dispositivos móviles, Nokia implementaría un diseño ARM7 de 16 bits con licencia otorgada por TI. El ARM7 se volvió la referencia para diseño móvil para ARM siendo utilizada por más de 165 licenciatarios.

La nueva era de procesadores Cortex (2005)

La familia Cortex fue la diversificación que ARM trajo a la industria. Cortex-A continuó con las demandas actuales que le siguieron a la familia ARM11 exclusivos para aplicaciones de software como en dispositivos móviles. Cortex-R proporcionó procesadores en tiempo real de alto rendimiento que satisfacían los requisitos altamente especializados en tiempo real. Cortex-M proporcionó núcleos de muy bajo consumo y bajo costo a la industria de los microcontroladores, ya que el mercado de microcontroladores de bajo costo es realmente colosal.

Aquí también surgen los microprocesadores de 64 bits (como el Cortex-A53) sin tener un consumo mayor que los de 32 bits y manteniendo su presupuesto energético. Incluso en algunos escenarios, el consumo de los procesadores de 64 bits es inferior al de los de 32 bits, principalmente debido al incremento del ancho interno de datos (de 32 a 64 bits). Una modalidad interesante es la big LITTLE que le permite a un SoC utilizar un núcleo de bajo consumo, cuando se estén ejecutando tareas simples y poder cambiar a un núcleo de mayores prestaciones cuando el programa necesite más recursos, ésto ahorra batería, aunque no elimina los picos en el rendimiento.

Desde 2009, los procesadores ARM son aproximadamente el 90% de todos los procesadores RISC de 32 bits integrados. Incluyendo PDA, tabletas, teléfonos móviles, teléfonos inteligentes, relojes inteligentes, videoconsolas portátiles, calculadoras, reproductores digitales multimedia (fotos, vídeos, etc.) y periféricos de ordenador como discos duros y enrutadores.

Uso de ARM en computadoras personales

Al final del 2017, Qualcomm y Microsoft anunciaron los primeros dispositivos con Windows 10 con procesadores basados en ARM. HP, Asus y Lenovo lanzaron laptops con el procesador Qualcomm’s Snapdragon 835 [5]. Para estos dispositivos ARM Qualcomm incrementa la vida de la batería hasta a 25 horas, también la conectividad LTE proveerá velocidades mas rápidas que otras computadoras Windows ya disponibles con LTE. También algunos analistas esperan que Apple anuncie Macbooks basadas en ARM a finales de este año. ARM y sus socios también hicieron grandes anuncios para el mercado de servidores, que pretenden apuntar con el Neoverse N1 significativamente más potente y otras variaciones de ese chip. Amazon incluso ha comenzado a diseñar su propia CPU ARM que probablemente también se actualizará pronto a un procesador basado en N1.

A propósito en Intesc contamos ya con una tarjeta de desarrollo OPHYRA que cuenta con el ARM- Cortex M4, si aún no la conoces te invitamos a darle clic aquí

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