บทความนี้จะกล่าวถึงสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ ARM Cortex A7 ผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีพื้นฐานอยู่บนนั้นสามารถพบได้ในสมาร์ทโฟน เราเตอร์ แท็บเล็ตพีซี และอุปกรณ์มือถืออื่นๆ ซึ่งจนกระทั่งล่าสุดได้ครองตำแหน่งผู้นำในตลาดนี้ ตอนนี้กำลังค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยโปรเซสเซอร์ที่ใหม่กว่าและใหม่กว่า
ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับ ARM
ARM เริ่มต้นในปี 1990 เมื่อก่อตั้งโดย Robin Saxby พื้นฐานสำหรับการสร้างคือสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์ใหม่ หากก่อนหน้านั้นตำแหน่งที่โดดเด่นในตลาด CPU ถูกครอบครองโดย x86 หรือ CISC จากนั้นหลังจากการก่อตั้ง บริษัท นี้ทางเลือกที่คุ้มค่าก็ปรากฏขึ้นในรูปแบบของ RISC ในกรณีแรก การรันโค้ดโปรแกรมลดลงเหลือ 4 ขั้นตอน:
- รับคำแนะนำเครื่อง
- กำลังดำเนินการแปลงไมโครโค้ด
- รับคำสั่งย่อย
- การดำเนินการไมโครอินสตรัคชั่นทีละขั้นตอน
แนวคิดหลักของสถาปัตยกรรม RISС คือ การประมวลผลโค้ดโปรแกรมสามารถลดลงเหลือ 2 ขั้นตอน:
- รับคำแนะนำ RISC
- กำลังดำเนินการคำสั่ง RISC
ทั้งกรณีแรกและกรณีที่สองมีทั้งข้อดีและข้อเสียที่สำคัญ x86 ประสบความสำเร็จในการพิชิตตลาดคอมพิวเตอร์ และ RISC (รวมถึง ARM Cortex A7 ที่เปิดตัวในปี 2011) - ตลาดอุปกรณ์พกพา
ประวัติความเป็นมาของสถาปัตยกรรม Cortex A7 คุณสมบัติหลัก
Cortex A8 ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับ Cortex A7 แนวคิดหลักของนักพัฒนาในกรณีนี้คือการเพิ่มประสิทธิภาพและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของโซลูชันโปรเซสเซอร์อย่างมีนัยสำคัญ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับวิศวกรของ ARM ในที่สุด คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งในกรณีนี้คือสามารถสร้าง CPU ด้วยเทคโนโลยี big. LITTLE ได้ นั่นคือคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์สามารถรวมโมดูลการคำนวณได้ 2 โมดูล หนึ่งในนั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อแก้ไขงานที่ง่ายที่สุดโดยใช้พลังงานน้อยที่สุดและตามกฎแล้วแกน Cortex A7 ทำหน้าที่นี้ ส่วนที่สองได้รับการออกแบบมาเพื่อเรียกใช้ซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนที่สุดและใช้หน่วยคำนวณ Cortex A15 หรือ Cortex A17 อย่างเป็นทางการ "Cortex A7" ถูกนำเสนอตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ในปี 2554 โปรเซสเซอร์ ARM Cortex A7 ตัวแรกเปิดตัวในปีต่อมา นั่นคือในปี 2012
เทคโนโลยีการผลิต
เริ่มแรกผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ A7 ผลิตขึ้นตามมาตรฐานเทคโนโลยี 65 นาโนเมตร ตอนนี้เทคโนโลยีนี้ล้าสมัยอย่างสิ้นหวัง ต่อมา โปรเซสเซอร์ A7 อีกสองรุ่นถูกปล่อยออกมาตามมาตรฐานความทนทานที่ 40 nm และ 32 nm แต่ตอนนี้พวกเขากลายเป็นคนไม่เกี่ยวข้อง ซีพียูรุ่นล่าสุดที่ใช้สถาปัตยกรรมนี้ผลิตขึ้นตามมาตรฐาน 28 นาโนเมตร และยังคงวางจำหน่ายอยู่ การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมไปสู่กระบวนการทางเทคโนโลยีที่ใหม่กว่าด้วยมาตรฐานความคลาดเคลื่อนใหม่และสถาปัตยกรรมที่ล้าสมัยนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะคาดหวัง ชิปที่ใช้ A7 ครอบครองส่วนที่มีงบประมาณมากที่สุดในตลาดอุปกรณ์พกพา และค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยแกดเจ็ตที่ใช้ A53 ซึ่งมีประสิทธิภาพในระดับที่สูงกว่าด้วยพารามิเตอร์ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เกือบเท่ากัน
สถาปัตยกรรมหลักของไมโครโปรเซสเซอร์
1, 2, 4 หรือ 8 คอร์สามารถเป็นส่วนหนึ่งของ CPU ที่ใช้ ARM Cortex A7 ลักษณะของโปรเซสเซอร์ในกรณีหลังบ่งชี้ว่าชิปประกอบด้วย 2 กลุ่มหลัก 4 คอร์เป็นหลัก ในช่วง 2-3 ปีที่ผ่านมา ผลิตภัณฑ์โปรเซสเซอร์ระดับเริ่มต้นนั้นใช้ชิปที่มีโมดูลการคำนวณ 1 หรือ 2 โมดูล ระดับกลางถูกครอบครองโดยโซลูชัน 4 คอร์ ส่วนพรีเมี่ยมอยู่เบื้องหลังชิป 8-core แต่ละคอร์ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรมนี้รวมโมดูลต่อไปนี้:
- หน่วยจุดลอยตัว (FPU).
- ระดับเงินสด 1.
- NEON บล็อกสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ CPU
- โมดูลประมวลผล ARMv7
นอกจากนี้ยังมีทั่วไปดังต่อไปนี้ส่วนประกอบสำหรับคอร์ทั้งหมดใน CPU:
- เงินสด L2.
- หน่วยควบคุมหลัก CoreSight
- ตัวควบคุมบัสข้อมูล AMBA ที่มีความจุ 128 บิต
ความถี่ที่เป็นไปได้
ความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงสุดสำหรับสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์นี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 600 MHz ถึง 3 GHz ควรสังเกตด้วยว่าพารามิเตอร์นี้ซึ่งระบุผลกระทบสูงสุดต่อประสิทธิภาพของระบบคอมพิวเตอร์นั้นแตกต่างกันไป นอกจากนี้ ความถี่ยังได้รับอิทธิพลจากปัจจัยสามประการพร้อมกัน:
- ระดับความซับซ้อนของปัญหาที่กำลังแก้ไข
- ระดับของการเพิ่มประสิทธิภาพซอฟต์แวร์สำหรับมัลติเธรด
- ค่าปัจจุบันของอุณหภูมิผลึกเซมิคอนดักเตอร์
เป็นตัวอย่าง ให้พิจารณาอัลกอริธึมของชิป MT6582 ซึ่งอิงจาก A7 และประกอบด้วยหน่วยคำนวณ 4 หน่วย ซึ่งความถี่แตกต่างกันไปตั้งแต่ 600 MHz ถึง 1.3 GHz ในโหมดว่าง อุปกรณ์โปรเซสเซอร์นี้สามารถมีหน่วยการคำนวณได้เพียงหน่วยเดียว และทำงานที่ความถี่ต่ำสุดที่เป็นไปได้ที่ 600 MHz สถานการณ์ที่คล้ายคลึงกันจะเกิดขึ้นเมื่อมีการเปิดแอปพลิเคชันอย่างง่ายบนอุปกรณ์พกพา แต่เมื่อของเล่นที่ใช้ทรัพยากรมากพร้อมการปรับให้เหมาะสมสำหรับมัลติเธรดปรากฏในรายการงาน การประมวลผลโค้ดโปรแกรมทั้ง 4 บล็อกที่ความถี่ 1.3 GHz จะเริ่มทำงานโดยอัตโนมัติ เมื่อ CPU ร้อนขึ้น แกนที่ร้อนที่สุดจะลดค่าความถี่ลงหรือเท่ากับปิด. ในแง่หนึ่ง แนวทางนี้ให้ประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน และในทางกลับกัน ประสิทธิภาพของชิปในระดับที่ยอมรับได้
แคช
มีแคชเพียง 2 ระดับใน ARM Cortex A7 ในทางกลับกันลักษณะของผลึกเซมิคอนดักเตอร์บ่งชี้ว่าระดับแรกจำเป็นต้องแบ่งออกเป็น 2 ส่วนเท่า ๆ กัน หนึ่งในนั้นควรเก็บข้อมูลและอื่น ๆ - คำแนะนำ ขนาดแคชทั้งหมดที่ระดับที่ 1 ตามข้อกำหนดสามารถเท่ากับ 64 KB เป็นผลให้เราได้รับ 32 KB สำหรับข้อมูลและ 32 KB สำหรับรหัส แคชระดับที่ 2 ในกรณีนี้จะขึ้นอยู่กับรุ่นของ CPU เฉพาะ ปริมาณที่น้อยที่สุดสามารถเท่ากับ 0 MB (นั่นคือ ขาดหายไป) และใหญ่ที่สุด - 4 MB.
ตัวควบคุมแรม คุณสมบัติ
ตัวควบคุมแรมในตัวมาพร้อมกับโปรเซสเซอร์ ARM Cortex A7 ทุกรุ่น ลักษณะของแผนทางเทคนิคระบุว่าเน้นการทำงานร่วมกับ LPDDR3 RAM ความถี่ในการใช้งานที่แนะนำของ RAM ในกรณีนี้คือ 1066 MHz หรือ 1333 MHz ขนาด RAM สูงสุดที่สามารถพบได้ในทางปฏิบัติสำหรับชิปรุ่นนี้คือ 2 GB
กราฟิกในตัว
ตามที่คาดไว้ อุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์เหล่านี้มีระบบย่อยกราฟิกในตัว ARM แนะนำให้ใช้การ์ดกราฟิก Mali-400MP2 ของตัวเองกับ CPU นี้ แต่ประสิทธิภาพมักไม่เพียงพอที่จะปลดล็อกศักยภาพอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์ ดังนั้น ผู้ออกแบบชิปจึงใช้อะแดปเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นร่วมกับชิปนี้ เช่น Power VR6200
คุณสมบัติซอฟต์แวร์
ระบบปฏิบัติการสามประเภทกำหนดเป้าหมายโปรเซสเซอร์ ARM:
- Android จากการค้นหายักษ์ Google
- iOS โดย APPLE
- Windows Mobile โดย Microsoft
ซอฟต์แวร์ระบบอื่นๆ ทั้งหมดยังไม่ได้รับการเผยแพร่มากนัก ส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่ที่สุดของซอฟต์แวร์ดังกล่าว อย่างที่คุณอาจเดาได้ว่าถูกครอบครองโดย Android ระบบนี้มีอินเทอร์เฟซที่เรียบง่ายและใช้งานง่าย และอุปกรณ์ระดับเริ่มต้นซึ่งมีราคาไม่แพงมาก จนถึงเวอร์ชัน 4.4 เป็นแบบ 32 บิต และตั้งแต่ 5.0 เป็นต้นไปจึงเริ่มรองรับการคำนวณแบบ 64 บิต ระบบปฏิบัติการนี้ทำงานบนซีพียู RISC ทุกตระกูลได้สำเร็จ รวมถึง ARM Cortex A7 เมนูวิศวกรรมเป็นอีกหนึ่งคุณลักษณะที่สำคัญของซอฟต์แวร์ระบบนี้ ด้วยความช่วยเหลือ คุณสามารถกำหนดค่าความสามารถของระบบปฏิบัติการใหม่ได้อย่างมาก เข้าถึงเมนูนี้ได้โดยใช้รหัสเฉพาะสำหรับซีพียูแต่ละรุ่น
คุณลักษณะที่สำคัญอีกอย่างของระบบปฏิบัติการนี้คือการติดตั้งการอัปเดตที่เป็นไปได้ทั้งหมดโดยอัตโนมัติ ดังนั้นแม้คุณสมบัติใหม่อาจปรากฏบนชิปของตระกูล ARM Cortex A7 เฟิร์มแวร์สามารถเพิ่มได้ ระบบที่สองมุ่งเป้าไปที่อุปกรณ์พกพาของ APPLE อุปกรณ์ดังกล่าวส่วนใหญ่ครอบครองส่วนพรีเมี่ยมและมีระดับประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายที่สอดคล้องกัน ระบบปฏิบัติการล่าสุดในหน้าของ Windows Mobile ยังไม่ได้รับการกระจายที่ดี มีอุปกรณ์ที่ใช้อยู่ในกลุ่มของอุปกรณ์พกพา แต่ซอฟต์แวร์แอปพลิเคชั่นจำนวนเล็กน้อยในกรณีนี้เป็นอุปสรรคต่อการจำหน่าย
รุ่นโปรเซสเซอร์
ราคาถูกที่สุดและให้ประสิทธิผลน้อยที่สุดในกรณีนี้คือชิป 1 คอร์ ที่แพร่หลายที่สุดในหมู่พวกเขาคือ MT6571 จาก MediaTek ที่เหนือชั้นคือซีพียู ARM Cortex A7 Dual Core ตัวอย่างคือ MT6572 จากผู้ผลิตรายเดียวกัน Quad Core ARM Cortex A7 มอบประสิทธิภาพในระดับที่มากยิ่งขึ้นไปอีก ชิปที่ได้รับความนิยมมากที่สุดจากตระกูลนี้คือ MT6582 ซึ่งขณะนี้สามารถพบได้ในอุปกรณ์พกพาระดับเริ่มต้น ประสิทธิภาพระดับสูงสุดนั้นมาจากโปรเซสเซอร์กลางแบบ 8-core ซึ่งเป็นของ MT6595
โอกาสในการพัฒนาต่อไป
จนถึงตอนนี้ คุณยังคงพบอุปกรณ์พกพาบนชั้นวางสินค้าตามอุปกรณ์โปรเซสเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ ARM Cortex A7 4X ได้แก่ MT6580, MT6582 และ Snapdragon 200 ชิปเหล่านี้ประกอบด้วยหน่วยคำนวณ 4 หน่วยและมีการประหยัดพลังงานในระดับที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ค่าใช้จ่ายในกรณีนี้ก็เจียมเนื้อเจียมตัวมาก แต่ถึงกระนั้น ช่วงเวลาที่ดีที่สุดของสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์นี้ก็ยังอยู่เบื้องหลังเรา ยอดขายสูงสุดของผลิตภัณฑ์ลดลงในปี 2556-2557 เมื่อไม่มีทางเลือกอื่นในตลาดอุปกรณ์พกพา นอกจากนี้ ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงอุปกรณ์ราคาประหยัดที่มี 1 หรือ 2โมดูลการคำนวณและแกดเจ็ตเรือธงที่มีซีพียู 8 คอร์ ในขณะนี้ Cortex A53 ค่อยๆ ถูกบังคับให้ออกจากตลาด ซึ่งเป็นเวอร์ชัน 64 บิตที่ได้รับการแก้ไขแล้วของ A7 ในเวลาเดียวกัน เธอยังคงรักษาข้อได้เปรียบหลักของรุ่นก่อนอย่างสมบูรณ์และสมบูรณ์ และอนาคตก็เป็นของเธออย่างแน่นอน
ความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญและผู้ใช้งาน บทวิจารณ์จริงเกี่ยวกับชิปตามสถาปัตยกรรมนี้ จุดแข็งและจุดอ่อน
แน่นอน การปรากฏตัวของสถาปัตยกรรม ARM Cortex A7 ของอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์ได้กลายเป็นเหตุการณ์สำคัญสำหรับโลกของอุปกรณ์พกพา หลักฐานที่ดีที่สุดคืออุปกรณ์ที่ใช้นั้นขายได้สำเร็จมานานกว่า 5 ปี แน่นอนว่าตอนนี้ความสามารถของ CPU ที่ใช้ A7 ไม่เพียงพออีกต่อไปแม้จะแก้ปัญหาระดับกลางได้ แต่โค้ดโปรแกรมที่ง่ายที่สุดบนชิปดังกล่าวยังคงทำงานได้สำเร็จ รายการซอฟต์แวร์ดังกล่าวรวมถึงการเล่นวิดีโอ การฟังเสียงที่บันทึกไว้ การอ่านหนังสือ ท่องเว็บ และแม้แต่ของเล่นที่ง่ายที่สุดในกรณีนี้ก็จะเริ่มต้นได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ นี่คือสิ่งที่พอร์ทัลเฉพาะเรื่องชั้นนำซึ่งมุ่งเน้นที่อุปกรณ์พกพาและอุปกรณ์เคลื่อนที่ ทั้งผู้เชี่ยวชาญชั้นนำประเภทนี้และผู้ใช้ทั่วไป ข้อเสียเปรียบหลักของ A7 คือการขาดการสนับสนุนสำหรับการประมวลผลแบบ 64 บิต ข้อดีหลักของมันคือการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างประสิทธิภาพและประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน
ผลลัพธ์
แน่นอนว่าสถาปัตยกรรม ARM Cortex A7 นั้นเป็นทั้งตัวยุคโลกของอุปกรณ์พกพา ด้วยการถือกำเนิดขึ้นว่าอุปกรณ์พกพามีราคาไม่แพงและมีประสิทธิภาพมาก และความจริงที่ว่าขายได้สำเร็จมานานกว่า 5 ปีก็เป็นการยืนยันอีกครั้งหนึ่ง แต่ถ้าในตอนแรกแกดเจ็ตที่ใช้อุปกรณ์ระดับกลางและระดับพรีเมียมของตลาดตอนนี้เหลือเพียงระดับงบประมาณเท่านั้น สถาปัตยกรรมนี้ล้าสมัยและค่อยๆ กลายเป็นอดีตไปแล้ว
