mpc1011-Díaz Hernández Raquel_ARM vs Atom

ARM
vs
Intel Atom
Díaz Hernández, Raquel
Microprocesadores para Comunicaciones
ARM vs Intel Atom
Índice
Introducción .................................................................................................................................. 4
ARM ............................................................................................................................................... 7
Historia ...................................................................................................................................... 7
Diseño........................................................................................................................................ 8
Intel Atom.................................................................................................................................... 10
Arquitectura ............................................................................................................................ 10
Evolución ................................................................................................................................. 11
Comparativa ................................................................................................................................ 12
Conclusión ................................................................................................................................... 13
2
ARM vs Intel Atom
Índice de Figuras
Figura 1: Titulares ARM vs Intel Atom........................................................................................... 4
Figura 2: Gráfica de mercado de procesadores ............................................................................ 5
Figura 3: Tendencia de mercado 2014 .......................................................................................... 6
Figura 4: Procesador ARM ............................................................................................................. 7
Figura 5: Evolución de ARM .......................................................................................................... 8
Figura 6: Procesador Intel Atom ................................................................................................. 10
Figura 7: Diagrama de bloques Intel Atom ................................................................................. 10
Figura 8: Pipeline Intel Atom ....................................................................................................... 11
Figura 9: Samsung Orion ............................................................................................................. 12
Figura 10: LG Aava ....................................................................................................................... 12
3
ARM vs Intel Atom
Introducción
Actualmente, con sólo echar un vistazo en diferentes foros y revistas de internet, podemos
darnos cuenta de que el mercado de la electrónica se encuentra inmerso en una lucha de
poder entre la ya veterana empresa de microprocesadores para sistemas empotrados, ARM, y
una joven Intel en este sector que intenta hacerse un hueco con sus procesadores Atom.
Figura 1: Titulares ARM vs Intel Atom
Ahora, podría surgirnos una pregunta, ¿por qué Intel se ha interesado en trabajar en esta
línea? La respuesta es sencilla, y para llegar hasta ella se hará un pequeño estudio de mercado
que dará todas las razones de ello.
Si analizamos brevemente el mercado de los procesadores se puede observar que la mayor
parte de la producción va destinada hacia sistemas empotrados, tal y como se muestra en la
gráfica:
4
ARM vs Intel Atom
Figura 2: Gráfica de mercado de procesadores
Y, concretando con cifras, la gráfica mostrada se traduce en:
•
•
100 millones de procesadores fabricados para máquinas de propósito general.
3 billones de procesadores destinados a sistemas empotrados.
Por tanto, es evidente que éste es un mercado interesante.
Y, profundizando un poco más
dentro de los sistemas empotrados,
un sector que crece a pasos de
gigante son los dispositivos
portátiles, tales como netbooks,
tablets,
smartphones…
Para
presentar algunas cifras, nos
basaremos por ejemplo en los
smartphones, los cuales según un
estudio mundial realizado por
Gartner, las ventas de smartphones han crecido un 96% respecto del año 2009.
Además, mirando hacia el futuro, las expectativas siguen siendo altas, ya que la tendencia es
que los usuarios, con un dispositivo portátil de pequeño tamaño, lo más ligero posible y con el
mínimo consumo, pueda acceder a internet en cualquier momento y lugar, puesto que la
sociedad se ha convertido en absolutamente dependiente de internet y los servicios que
proporciona.
Así pues, el futuro no es nada prometedor para los tradicionales ordenadores de sobremesa
los que cada vez están perdiendo más y más terreno para dejar paso a la era de la portabilidad.
5
ARM vs Intel Atom
A continuación, se muestra la gráfica correspondiente a las predicciones de mercado para el
año 2014.
Figura 3: Tendencia de mercado 2014
De forma que, no es nada descabellado pensar que Intel quiera formar parte de esta
revolución que evidentemente se traduce en un importe aumento de ingresos en su empresa.
Ya puestos en situación, se pasará a analizar las diferentes características que ofrece cada
empresa.
6
ARM vs Intel Atom
ARM
Historia
El diseño del ARM comenzó en 1983 como un
proyecto de desarrollo en la empresa Acorn
Computers
Ltd.
Roger
Wilson y Steve
Furber lideraban el equipo, cuya meta era,
originalmente, el desarrollo de un procesador
avanzado, pero con una arquitectura similar a
la del MOS 6502. La razón era que Acorn tenía
una larga línea de ordenadores personales
basados en dicho micro, por lo que tenía
sentido desarrollar uno con el que los
desarrolladores se sintieran cómodos.
Figura 4: Procesador ARM
El equipo terminó el diseño preliminar y los primeros prototipos del procesador en el
año 1985, al que llamaron ARM1. La primera versión utilizada comercialmente se bautizó
como ARM2 y se lanzó en el año 1986.
La arquitectura del ARM2 posee un bus de datos de 32 bits y ofrece un espacio de direcciones
de 26 bits, junto con 16 registros de 32 bits. Uno de estos registros se utiliza como contador de
programa, aprovechándose sus 4 bits superiores y los 2 inferiores para contener los flags de
estado del procesador.
El ARM2 es probablemente el procesador de 32 bits útil más simple del mundo, ya que posee
sólo 30 000 transistores. Su simplicidad se debe a que no está basado en microcódigo (sistema
que suele ocupar en torno a la cuarta parte de la cantidad total de transistores usados en un
procesador) y a que, como era común en aquella época, no incluye caché. Gracias a esto, su
consumo en energía es bastante bajo, a la vez que ofrece un mejor rendimiento que un 286. Su
sucesor, el ARM3, incluye una pequeña memoria caché de 4 KB, lo que mejora los accesos a
memoria repetitivos.
A finales de los años 80, Apple Computer comenzó a trabajar con Acorn en nuevas versiones
del núcleo ARM. En 1990 En Acorn se dieron cuenta de que el hecho de que el fabricante de un
procesador fuese también un fabricante de ordenadores podría echar para atrás a los clientes,
por lo que se decidió crear una nueva compañía llamada Advanced RISC Machines, que sería la
encargada del diseño y gestión de las nuevas generaciones de procesadores ARM.
Este trabajo derivó en el ARM6, presentado en 1991. Apple utilizó el ARM 610, basado en el
anterior como procesador básico para su innovador PDA, el Apple Newton. Por su parte, Acorn
lo utilizó en1994 como procesador principal en su RiscPC.
El núcleo mantuvo su simplicidad a pesar de los cambios: en efecto, el ARM2 tiene 30 000
transistores, mientras que el ARM6 sólo cuenta con 35 000. La idea era que el usuario final
7
ARM vs Intel Atom
combinara el núcleo del ARM con un número opcional de periféricos integrados y otros
elementos, pudiendo crear un procesador completo a la medida de sus necesidades.
La mayor utilización de la tecnología ARM se alcanzó con el procesador ARM7TDMI, con
millones de unidades en teléfonos móviles y sistemas de videojuegos portátiles.
Una característica interesante de ARM es que da licencias de uso y modificación de su juego de
instrucciones a quien las compre, y son estas empresas las que producen los procesadores
finales, basados en la licencia original y optimizados para la aplicación que requiera el
productor.
El diseño del ARM se ha convertido en uno de los más usados del mundo, desde discos duros
hasta juguetes. Hoy en día, cerca del 75% de los procesadores de 32 bits poseen este chip en
su núcleo.
A continuación, se muestra gráficamente, la evolución de los procesadores ARM señalando
aquellos más cercanos a la actualidad ya que muchos de los primeros diseños han quedado
obsoletos.
Figura 5: Evolución de ARM
Diseño
El juego de instrucciones del ARM es similar al del MOS 6502, pero incluye características
adicionales que le permiten conseguir un mejor rendimiento en su ejecución. Para mantener el
concepto tradicional de RISC, se estableció la ejecución de una orden en un tiempo, por lo
general, de un ciclo. La característica más interesante es el uso de los 4 bits superiores como
código de condición, haciendo que cualquier instrucción pueda ser condicional. Este corte
reduce el espacio para algunos desplazamientos en el acceso a la memoria, pero permite
evitar perder ciclos de reloj en el pipeline al ejecutar pequeños trozos de código con ejecución
condicional. A continuación, se muestra un ejemplo de instrucción condicional:
8
ARM vs Intel Atom
Otra característica única del juego de instrucciones es la posibilidad de añadir shifts y rotar en
el procesamiento de datos (aritmético, lógico y movimiento de registros), por ejemplo, la
instrucción en C:
puede ser mejorada como una única instrucción en el ARM, permitiendo la reubicación del
registro.
Todo esto ocasiona que se necesiten menos operaciones de carga y almacenamiento,
mejorando el rendimiento.
El procesador ARM también tiene algunas características que son raras en otras arquitecturas
también
bién consideradas RISC, como el direccionamiento relativo, y el pre y post incremento en el
modo de direccionamiento.
Tiene dos modos de funcionamiento:
•
ARMI con instrucciones que ocupan 4 bytes,
bytes, más rápidas y potentes. Existen
instrucciones
es que sólo están en este modo. El consumo
o de memoria y de electricidad
es mayor.
•
THUMB: con instrucciones de 16 bits pretende disminuir la cantidad de código escrito,
así como mejorar la densidad del código. El rendimiento puede ser superior a un
código de 32 bits en donde el puerto de memoria o ancho del bus de comunicaciones
son menores a 32 bits. Por lo general en aplicaciones inserta un pequeño rango de
direcciones de memoria con un datapath de 32 bits, por ejemplo: Game Boy Advance,
Advance
y el resto son 16 bits en modo wide o narrower.. El primer procesador con la
tecnología Thumb fue el ARM7TDMI. Toda la familia posterior al ARM9, incluyendo el
procesador Intel XScale,
XScale, tienen incorporada la tecnología en su núcleo.
9
ARM vs Intel Atom
Intel Atom
Intel Atom es el nombre de una nueva línea de
microprocesadores de esta compañía. Están
diseñados para un proceso de fabricación de 45
nm CMOS y destinados a utilizarse en
dispositivos móviles de Internet, ultraportátiles, smartphones, y otros portátiles de
baja potencia y aplicaciones.
El lanzamiento de la familia Intel Atom, se
produjo durante el Intel Developer Forum (IDF)
de Shanghai en la primavera de 2008. Se aúnan bajo la misma marca comercial dos
microprocesadores basados en la misma arquitectura, Silverthorne, rebautizado como Atom
Z series, y Diamondville, que pasa a tener el nombre comercial de Atom N series. Los
primeros podrían clasificarse como la gama alta de esta familia. Por otra parte, la serie N serán
microprocesadores de baja potencia utilizados para ultraportátiles.
Figura 6: Procesador Intel Atom
Arquitectura
Los Intel Atom siguen la
arquitectura común de la
marca:
externamente
aceptan
el
juego
de
instrucciones x86 de 32 bits,
e incluso algunos el de 64.
Internamente traducen estas
instrucciones
a
un
microcódigo RISC que es el
que ejecutan.
La arquitectura del Intel
Atom está desarrollada bajo
la
filosofía
“en-orden”,
contiene 16 etapas de
procesamiento,
puede
enviar
a
procesar
2
Figura 7: Diagrama de bloques Intel Atom
instrucciones por ciclo y
tiene 4 unidades de ejecución, dos para cálculos de enteros y 2 para cálculos flotantes y SSE,
siendo éstas las instrucciones empleadas para decodificación de MPEG2, procesamiento de
datos tridimensionales y software de reconocimiento de voz. Una de las principales
debilidades de estas unidades es que las multiplicaciones y adiciones solo pueden ser
procesadas por la unidad FP que es extremadamente lenta para realizar dichos cálculos.
10
ARM vs Intel Atom
Seguidamente, se muestra el pipeline de procesador:
Figura 8: Pipeline Intel Atom
Este pipeline no incluye la traducción a microcódigo, pues la búsqueda
squeda a la que se hace
referencia en él se realiza en la caché de primer nivel, y el traductor está entre ésta
é
y la de
segundo nivel. Por otra parte, el cauce de ejecución
eje
es de 2 vías,
as, por lo que permite un
máximo de dos instrucciones por ciclo, aunque esto solo se da en condiciones ideales. Para
aprovechar esta característica al máximo, los Atom implementan la tecnología hiperThreading
propia de Intel, lo que eliminaa las dependencias entre cauces.
Por lo demás, solo permiten ejecución en orden no especulativa, e implementan predicción de
salto.
Evolución
En la siguiente tabla se recogen los distintos avances de Intel Atom a lo largo de su trayectoria:
Marzo de 2008
Dispositivos móviles
para Internet
Se
anuncian
los
primeros procesadores
Intel Atom, con el fin de
habilitar una nueva
generación
de
dispositivos
complementarios
potentes y eficaces en el
consumo de energía
para acceder a internet.
11
Septiembre de 2009
Dispositivos
electrónicos de
consumo
Se anuncia el nuevo
procesador
Intel
Atom CE4100 de 45
nm que proporciona
el innovador SoC a
una
familia
de
procesadores
de
medios
para
dispositivos
electró
electrónicos
de
consumo diseñados
para
la
TV
interactiva.
Enero de 2010
Netbooks
Mayo de 2010
Smartphones y
tablets
Se anuncia un
nuevo procesador
que integra un
controlador
de
memoria
y
tecnología
de
gráficos en la CPU.
Se
reduce
el
consumo
de
energía
y
se
aumenta
el
desempeño en los
sistemas
más
pequeños.
Logran reducir
reduc
de
manera
extraordinaria
el
consumo de energía,
a
la
par
que
mantienen
el
desempeño
y
permiten
crear
formatos delgados e
innovadores
tales
como,
tablets,
laptops
y
smartphones
ARM vs Intel Atom
Comparativa
A continuación, se muestra una pequeña comparativa entre distintos procesadores
esadores de ARM,
en concreto del Cortex-A9 en sus dos versiones: single core y dual core,
core, en éste último se hace
diferencia entre dos versiones, en uno de ellos se optimizan las prestaciones y en otro el
consumo, de ahí que se tenga un rango
rango en la tabla comparativa. En el caso de Intel Atom, se
muestran las prestaciones
ones de las
la series Zy N.
Parámetros
ARM (Cortex-A9)
(Cortex
Single Core
Dual Core
Frecuencia
830 MHz
Consumo
Tecnología
DMIPS
0.4W
800 MHz-2GHz
0.5-1.9W
Intel Atom
Serie Z
800MHz2.13GHz
0.65W-2.5W
28 nm
2075
Serie N
1.5-1.83GHz
2.5W-8.5W
45 nm
4000-10000
4000
3900
Como puede observarse, ARM sigue liderando el mínimo consumo, mientras que en cuestión
de frecuencia puede alcanzar las mismas que ofrece Intel Atom.
A continuación, se muestra un ejemplo de dispositivos que emplean estos procesadores.
Figura 9:: Samsung Orion
Figura 10:: LG Aava
12
ARM vs Intel Atom
Conclusión
Con todo lo visto, cada uno puede formarse una opinión acerca de cada procesador, no
obstante, el vencedor de esta batalla será elegido por las grandes empresas quienes tendrán
que decidir qué procesador usarán para la fabricación de sus dispositivos. Los consumidores no
tienen elección en ese sentido, ya que estos tan sólo pueden confiar al fin y al cabo en una
marca de dispositivos electrónicos de consumo, dígase por ejemplo Nokia, Samsumg, iPhone…
ateniéndose a las decisiones tomadas durante su diseño.
13
ARM vs Intel Atom
Bibliografía
http://www.xataka.com/tablets/arm-a-por-intel-cortex-a15-destinado-a-telefonos-tabletsportatiles-y-servidores
http://www.intel.com
http://www.theinquirer.es/2010/01/12/atom-vs-arm-la-batalla-que-se-esta-librandoactualmente.html
http://www.eweekeurope.es/noticias/arm-%E2%80%9Catom-no-es-lo-suficientementebueno-en-consumo-de-energia%E2%80%9D-9060
http://www.chw.net/foro/actualidad-tecnologica-f95/329707-la-proxima-guerra-entre-elimperio-poderoso-de-x86-vs-el-imperio-movil-arm.html
http://www.actualidadiphone.com/2010/09/17/la-venta-de-smartphones-en-espana-sigueaumentando/
http://www.poderpda.com/plataformas/blackberry/smartphones-ventas-globales-crecen-96/
http://www.tecnologiait.com.ar/intel-lanza-el-procesador-atom-z6-para-tabletas-ysmartphones/
http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Atom
http://www.intel.com/cd/products/services/emea/spa/processors/atom/specifications/41837
5.htm
http://www.arm.com/products/processors/cortex-a/cortex-a9.php
RODRÍGUEZ PÉREZ, Néstor. Procesadores de bajo consumo: Intel vs Atom. Microprocesadores
para Comunicaciones. 2009.
SUÁREZ HERNÁNDEZ, Yeray. Analizando Intel Atom. Microprocesadores para Comunicaciones.
2008.
14