Ez a cikk az ARM Cortex A7 processzorarchitektúrát tárgyalja. Az erre épülő félvezető termékek megtalálhatók okostelefonokban, útválasztókban, tábla PC-kben és egyéb mobil eszközökben, ahol egészen a közelmúltig vezető pozíciót töltött be ebben a piaci szegmensben. Most fokozatosan újabb és újabb processzormegoldások váltják fel.
Rövid információ az ARM-ről
Az ARM története 1990-ben kezdődött, amikor Robin Saxby megalapította. Létrehozásának alapja egy új mikroprocesszoros architektúra volt. Ha korábban a CPU-piacon a domináns pozíciót az x86 vagy a CISC fogl alta el, akkor ennek a cégnek a megalakulása után egy méltó alternatíva jelent meg a RISC formájában. Az első esetben a programkód végrehajtása 4 szakaszra csökkent:
- Szerezzen utasításokat a géphez.
- Mikrokód átalakítás végrehajtása.
- Mikroutasítások beszerzése.
- A mikroutasítások lépésről lépésre történő végrehajtása.
A RISС architektúra fő gondolata az volt, hogy a programkód feldolgozása 2 szakaszra csökkenthető:
- Szerezzen RISC utasításokat.
- RISC-utasítások feldolgozása.
Mind az első, mind a második esetben vannak előnyei és jelentős hátrányai. Az x86 sikeresen meghódította a számítógépek piacát, a RISC (beleértve a 2011-ben bemutatott ARM Cortex A7-et is) pedig a mobileszközök piacát.
A Cortex A7 architektúra megjelenésének története. Főbb jellemzők
Cortex A8 szolgált a Cortex A7 alapjául. A fejlesztők fő ötlete ebben az esetben az volt, hogy növeljék a processzormegoldás teljesítményét és jelentősen javítsák az energiahatékonyságot. Ez történt végül az ARM mérnökeivel. Egy másik fontos jellemző ebben az esetben az volt, hogy lehetővé vált egy big. LITTLE technológiájú CPU létrehozása. Vagyis egy félvezető kristály 2 számítási modult tartalmazhat. Az egyik a legegyszerűbb feladatok minimális energiafogyasztással történő megoldására irányult, és általában a Cortex A7 magok jártak el ebben a szerepben. A másodikat a legösszetettebb szoftverek futtatására tervezték, és a Cortex A15 vagy Cortex A17 számítási egységeken alapult. Hivatalosan a "Cortex A7"-t, amint azt korábban megjegyeztük, 2011-ben mutatták be. Nos, az első ARM Cortex A7 processzor egy évvel később, azaz 2012-ben jelent meg.
Gyártástechnológia
KezdetbenAz A7 alapú félvezető termékeket a 65 nm-es technológiai szabványok szerint állítottuk elő. Mára ez a technológia reménytelenül elavult. Ezt követően az A7 processzorok további két generációja jelent meg a 40 nm-es és 32 nm-es tűrésszabványoknak megfelelően. De mára lényegtelenné váltak. Az erre az architektúrára épülő legújabb CPU-modellek már 28 nm-es szabványok szerint készülnek, és még mindig ezek kaphatók akciósan. Aligha várható további átállás az újabb technológiai eljárásokra, új tűrésszabványokkal és elavult architektúrával. Az A7 alapú chipek ma már a mobileszközök piacának legköltségvetésesebb szegmensét foglalják el, és fokozatosan felváltják őket az A53 alapú kütyük, amelyek szinte azonos energiahatékonysági paraméterekkel magasabb szintű teljesítményt nyújtanak.
A mikroprocesszor mag felépítése
1, 2, 4 vagy 8 mag része lehet egy ARM Cortex A7 alapú CPU-nak. A processzorok jellemzői ez utóbbi esetben azt jelzik, hogy a chip lényegében 2, 4 magból álló klaszterből áll. 2-3 évig a belépő szintű processzortermékek 1 vagy 2 számítási modulos chipekre épültek. A középső szintet a 4 magos megoldások fogl alták el. Nos, a prémium szegmens a 8 magos chipek mögött volt. Minden ezen az architektúrán alapuló mikroprocesszormag a következő modulokat tartalmazza:
- Lebegőpontos egység (FPU).
- 1. készpénzszint.
- NEON blokk a CPU optimalizálásához.
- ARMv7 számítási modul.
A következő gyakoriak is voltakkomponensek a CPU összes magjához:
- Cash L2.
- CoreSight központi vezérlőegység.
- AMBA adatbusz-vezérlő 128 bites kapacitással.
Lehetséges frekvenciák
Ennél a mikroprocesszor-architektúránál a maximális órajel 600 MHz és 3 GHz között változhat. Azt is meg kell jegyezni, hogy ez a paraméter, amely a számítási rendszer teljesítményére gyakorolt maximális hatást jelzi, változó. Ezenkívül a gyakoriságot egyszerre három tényező befolyásolja:
- A megoldandó probléma összetettségi szintje.
- Szoftver-optimalizálási fokozat többszálú feldolgozáshoz.
- A félvezető kristály hőmérsékletének aktuális értéke.
Példaként vegyük az MT6582 lapka algoritmusát, amely A7-re épül, és 4 számítási egységet tartalmaz, amelyek frekvenciája 600 MHz és 1,3 GHz között változik. Ennek a processzornak készenléti üzemmódban csak egy számítási egysége lehet, és a lehető legalacsonyabb, 600 MHz-es frekvencián működik. Hasonló helyzet fordul elő, amikor egy egyszerű alkalmazást indítanak el egy mobil eszközön. De amikor a feladatok listájában megjelenik egy erőforrás-igényes játék többszálú optimalizálással, a programkód-feldolgozás mind a 4 blokkja 1,3 GHz-es frekvencián automatikusan működésbe lép. Ahogy a CPU felmelegszik, a legforróbb magok csökkentik a frekvenciaértéket, vagy akár akárkikapcsolni. Ez a megközelítés egyrészt energiahatékonyságot, másrészt elfogadható szintű chipteljesítményt biztosít.
Gyorsítótár
Az ARM Cortex A7 csak 2 gyorsítótárszintet biztosít. A félvezető kristály jellemzői viszont azt jelzik, hogy az első szint szükségszerűen 2 egyenlő felére oszlik. Az egyiknek adatokat kell tárolnia, a másik pedig utasításokat. A teljes gyorsítótár mérete az 1. szinten a specifikációk szerint 64 KB lehet. Ennek eredményeként 32 KB-ot kapunk az adatokért és 32 KB-ot a kódért. A 2. szintű gyorsítótár ebben az esetben az adott CPU-modelltől függ. Legkisebb kötete 0 MB lehet (vagyis hiányzik), a legnagyobb pedig 4 MB.
RAM vezérlő. Jellemzők
A beépített RAM-vezérlőhöz bármely ARM Cortex A7 processzor tartozik. A műszaki terv jellemzői azt mutatják, hogy az LPDDR3 RAM-mal való együttműködésre összpontosít. A RAM ajánlott működési frekvenciája ebben az esetben 1066 MHz vagy 1333 MHz. A gyakorlatban ennél a chip-modellnél megtalálható maximális RAM-méret 2 GB.
Integrált grafika
Ahogy az várható volt, ezek a mikroprocesszoros eszközök integrált grafikus alrendszerrel rendelkeznek. Az ARM saját Mali-400MP2 grafikus kártya használatát javasolja ehhez a CPU-hoz. De teljesítménye gyakran nem elegendő a potenciál kiaknázásáhozmikroprocesszoros eszköz. Ezért a chiptervezők hatékonyabb adaptereket használnak ezzel a chippel kombinálva, például Power VR6200.
Szoftverfunkciók
Három féle operációs rendszer célozza meg az ARM processzorokat:
- Android a Google keresőóriástól.
- iOS az APPLE-től.
- Windows Mobile a Microsofttól.
Az összes többi rendszerszoftver még nem kapott nagy terjesztést. Az ilyen szoftverek legnagyobb piaci részesedését, ahogy sejthető, az Android foglalja el. Ez a rendszer egyszerű és intuitív kezelőfelülettel rendelkezik, és az erre épülő belépő szintű eszközök nagyon-nagyon megfizethetőek. A 4.4-es verzióig 32 bites volt, és az 5.0 óta támogatni kezdte a 64 bites számításokat. Ez az operációs rendszer sikeresen fut bármely RISC CPU-családon, beleértve az ARM Cortex A7-et is. A mérnöki menü a rendszerszoftver másik fontos funkciója. Segítségével jelentősen újrakonfigurálhatja az operációs rendszer képességeit. Ehhez a menühöz az egyes CPU-modellekhez egyedi kóddal lehet hozzáférni.
Az operációs rendszer másik fontos jellemzője az összes lehetséges frissítés automatikus telepítése. Ezért akár újdonságok is megjelenhetnek az ARM Cortex A7 család chipjein. A firmware hozzáadhatja őket. A második rendszer az APPLE mobil kütyüit célozza meg. Az ilyen eszközök főként a prémium szegmenst foglalják el, és megfelelő teljesítmény- és költségszinttel rendelkeznek. A legújabb operációs rendszer a Windows Mobile előtt még nem kapottnagyszerű elosztás. A mobil kütyük bármely szegmensében léteznek erre épülő eszközök, de ebben az esetben kis mennyiségű alkalmazásszoftver elrettentő a terjesztésétől.
Processzor modellek
A legolcsóbb és legkevésbé termelékeny ebben az esetben az 1 magos chipek. A legelterjedtebb közülük a MediaTek MT6571 volt. Egy fokkal feljebb kerültek az ARM Cortex A7 kétmagos CPU-k. Példa erre az ugyanattól a gyártótól származó MT6572. Még nagyobb teljesítményt nyújtott a Quad Core ARM Cortex A7. Ebből a családból a legnépszerűbb chip az MT6582, amely már a belépő szintű mobil kütyükben is megtalálható. Nos, a legmagasabb szintű teljesítményt a 8 magos központi processzorok biztosították, amelyekhez az MT6595 is tartozott.
További fejlesztési kilátások
Eddig a boltok polcain még mindig találhattok 4X ARM Cortex A7-re épülő félvezető processzoros mobileszközöket. Ezek az MT6580, MT6582 és a Snapdragon 200. Mindezek a chipek 4 számítási egységet tartalmaznak, és kiváló energiahatékonysággal rendelkeznek. Ezenkívül a költségek ebben az esetben nagyon-nagyon szerények. Ennek a mikroprocesszoros architektúrának a legjobb korszaka azonban még hátravan. Az erre épülő termékek eladási csúcsa 2013-2014-re esett, amikor gyakorlatilag nem volt alternatívája a mobilkütyük piacán. Sőt, ebben az esetben 1-es vagy 2-es költségvetési eszközökről beszélünkszámítástechnikai modulokkal és zászlóshajó kütyükkel 8 magos CPU-val. Jelenleg fokozatosan kényszeríti ki a piacról a Cortex A53, amely lényegében az A7 módosított 64 bites változata. Ugyanakkor teljesen és maradéktalanul megőrizte elődje fő előnyeit, és a jövő határozottan az övé.
Szakértők és felhasználók véleménye. Valódi vélemények az ezen az architektúrán alapuló chipekről. Erősségek és gyengeségek
A mikroprocesszoros eszközök ARM Cortex A7 architektúrájának megjelenése minden bizonnyal jelentős esemény lett a mobileszközök világában. Ennek legjobb bizonyítéka, hogy az erre épülő készülékeket már több mint 5 éve sikeresen értékesítik. Természetesen ma már az A7-es CPU képességei már középszintű feladatok megoldására sem elegendőek, de az ilyen chipeken a legegyszerűbb programkód továbbra is sikeresen működik. Az ilyen szoftverek listáján megtalálható a videólejátszás, a hangfelvételek hallgatása, a könyvek olvasása, a neten való böngészés, és a legegyszerűbb játékok is ilyenkor minden gond nélkül elindulnak. Erre összpontosítanak a vezető mobil kütyük és készülékek tematikus portáljai, mind az ilyen típusú vezető szakértők, mind a hétköznapi felhasználók. Az A7 fő hátránya, hogy nem támogatja a 64 bites számítástechnikát. Nos, a fő előnyei közé tartozik az energiahatékonyság és a teljesítmény tökéletes kombinációja.
Eredmények
Természetesen az ARM Cortex A7 architektúra egy egészkorszak a mobileszközök világában. A mobileszközök megjelenésével váltak megfizethetővé és meglehetősen termelékenysé. És a puszta tény, hogy több mint 5 éve sikeresen értékesítik, újabb megerősítése ennek. De ha eleinte az erre épülő kütyük a piac középső és prémium szegmensét fogl alták el, most már csak a költségvetési osztály maradt. Ez az architektúra elavult, és fokozatosan a múlté.
