Возможно ли, чтобы процессор x86 соответствовал процессору ARM с точки зрения производительности на ватт?

Question

Исходя из моего личного опыта работы с планшетом, а также из тестов и статей, которые я читал, всегда кажется, что процессоры ARM, как это видно практически на всех мобильных устройствах, обеспечивают невероятную производительность за счет количества потребляемой ими энергии. Похоже, что ARM более энергоэффективен, чем x86.

Мне кажется, это потому, что x86 - это архитектура CISC, а ARM - архитектура RISC. Тем не менее, процессоры Intel Atom также обеспечивают очень хорошую производительность по сравнению с их энергопотреблением. Кроме того, после изучения компьютерной архитектуры, насколько я понимаю, в современных процессорах сложная архитектура набора команд x86 (ISA) внутренне преобразуется в более простые микрооперации , в которых используется внутренний набор команд, который ближе к более простым ISA ARM или MIPS. чем собственно х86. Таким образом, ISA, представленный программисту, представляет собой немного больше, чем интерфейс для выдачи команд процессору, а не представление фактических низкоуровневых операций, которые выполняет чип. Опять же, реализация этого слоя перевода требует дополнительного кремниевого пространства на чипе ...

Тем не менее, если предположить, что они реализованы с использованием одного и того же полупроводникового процесса, является ли ARM по своей природе более эффективным, чем x86? При правильно спроектированной микроархитектуре возможно ли для процессора x86 такая же производительность на ватт, как для процессора ARM?

Помните, я ищу хорошо написанный технический ответ в духе Stack Exchange, а не просто спекуляции.

Answer 1

Процессоры ARM становятся все более сложными - так что их сравнение между яблоками и апельсином - имеет только 64-разрядный разряд в течение примерно 2 лет, и даже в пределах одного поколения энергопотребление варьируется. Его , вероятно , более справедливый рассмотреть современные процессоры ARM и их атомные аналоги , как Anandtech сделали здесь.

Большая часть энергопотребления также не является процессором - в статье anandtech, на которую я ссылаюсь, говорится, что, возможно, 1/4 от общего энергопотребления приходится на процессор, и что атом Clovertrail использует чуть более половины процессора ARM на поверхности. Он также демонстрирует интересную альтернативную точку зрения - оптимизировать системы для каждого компонента для энергопотребления (в дополнение - вполне возможно, что вы можете получить довольно существенную экономию энергии, выполняя это также на стандартной настольной платформе). Что-то такое простое, как предотвращение неэффективного преобразования энергии, может помочь. Например, на большинстве телефонов ваш дисплей потребляет почти половину вашего общего энергопотребления.

Как видно из цифр в этой статье - процессоры Atom, разработанные для мобильных устройств, уже соответствуют процессорам ARM с точки зрения энергоэффективности, так что, вероятно, стоит задуматься, почему они не встречаются чаще.

Arm не производит свой собственный кремний - они разрабатывают и тестируют его, а также продают IP для изготовления процессоров. Для компаний, которым необходимо спроектировать свои собственные процессоры или настроить их, это означает значительную экономию на НИОКР без необходимости разрабатывать все с нуля (хитро) или покупать процессоры у другой компании (с x86 у нас есть Via, AMD и Intel, но только Intel, кажется, действительно заинтересован в мобильном пространстве, и я понятия не имею, что через).

Идея о том, что процессоры ARM более эффективны, является чем-то вроде мифа - они сделали другой набор компромиссов (энергоэффективность по сравнению с необработанной скоростью) и движутся в другом направлении и другой набор компромиссов, пытаясь пойти после серверный рынок. Intel, с другой стороны, эффективно сегментирует современные проекты атомов на серверные части, настольные компоненты (например, новые модели Pentium) и телефоны, чтобы перейти на более низкий уровень. Ни один дизайн по своей сути не лучше всего, чем другой.