Este artículo analizará la arquitectura del procesador ARM Cortex A7. Los productos semiconductores basados en él se pueden encontrar en teléfonos inteligentes, enrutadores, tabletas y otros dispositivos móviles, donde hasta hace poco ocupaba una posición de liderazgo en este segmento de mercado. Ahora está siendo reemplazado gradualmente por soluciones de procesador más nuevas y actualizadas.
Información breve sobre ARM
La historia de ARM comenzó en 1990 cuando fue fundada por Robin Saxby. La base para su creación fue una nueva arquitectura de microprocesador. Si antes de eso, la posición dominante en el mercado de CPU estaba ocupada por x86 o CISC, luego de la formación de esta empresa, apareció una alternativa digna en forma de RISC. En el primer caso, la ejecución del código del programa se redujo a 4 etapas:
- Obtener instrucciones de la máquina.
- Realizando conversión de microcódigo.
- Obteniendo microinstrucciones.
- Ejecución paso a paso de microinstrucciones.
La idea principal de la arquitectura RISС era que el procesamiento del código del programa se puede reducir a 2 etapas:
- Obtener instrucciones RISC.
- Procesando instrucciones RISC.
Tanto en el primer como en el segundo caso hay ventajas y desventajas significativas. x86 conquistó con éxito el mercado de las computadoras y RISC (incluido ARM Cortex A7, presentado en 2011), el mercado de los dispositivos móviles.
La historia de la aparición de la arquitectura Cortex A7. Características principales
Cortex A8 sirvió como base para el Cortex A7. La idea principal de los desarrolladores en este caso fue aumentar el rendimiento y mejorar significativamente la eficiencia energética de la solución del procesador. Esto es lo que finalmente les sucedió a los ingenieros de ARM. Otra característica importante en este caso fue que se hizo posible crear una CPU con tecnología big. LITTLE. Es decir, un cristal semiconductor podría incluir 2 módulos informáticos. Uno de ellos estaba destinado a resolver las tareas más simples con un consumo mínimo de energía y, por regla general, los núcleos Cortex A7 actuaron en este papel. El segundo estaba diseñado para ejecutar el software más complejo y se basaba en las unidades informáticas Cortex A15 o Cortex A17. Oficialmente, "Cortex A7" se presentó, como se señaló anteriormente, en 2011. Pues bien, el primer procesador ARM Cortex A7 se lanzó un año después, es decir, en 2012.
Tecnología de producción
InicialmenteLos productos semiconductores basados en A7 se produjeron de acuerdo con los estándares tecnológicos de 65 nm. Ahora bien, esta tecnología está irremediablemente obsoleta. Posteriormente, se lanzaron dos generaciones más de procesadores A7 según estándares de tolerancia de 40 nm y 32 nm. Pero ahora se han vuelto irrelevantes. Los últimos modelos de CPU basados en esta arquitectura ya se fabrican según los estándares de 28 nm, y son ellos los que todavía se pueden encontrar a la venta. Difícilmente se espera una transición adicional a procesos tecnológicos más nuevos con nuevos estándares de tolerancia y una arquitectura obsoleta. Los chips basados en A7 ahora ocupan el segmento más presupuestario del mercado de dispositivos móviles y están siendo reemplazados gradualmente por dispositivos basados en A53 que, con casi los mismos parámetros de eficiencia energética, tienen un mayor nivel de rendimiento.
Arquitectura del núcleo del microprocesador
1, 2, 4 u 8 núcleos pueden formar parte de una CPU basada en ARM Cortex A7. Las características de los procesadores en este último caso indican que el chip consta esencialmente de 2 clusters de 4 núcleos. Durante 2 o 3 años, los productos de procesador de nivel de entrada se basaron en chips con 1 o 2 módulos informáticos. El nivel medio estaba ocupado por soluciones de 4 núcleos. Bueno, el segmento premium estaba detrás de los chips de 8 núcleos. Cada núcleo de microprocesador basado en esta arquitectura incluía los siguientes módulos:
- Unidad de punto flotante (FPU).
- Nivel de caja 1.
- Bloque NEON para optimización de CPU.
- Módulo de cómputo ARMv7.
También hubo los siguientes comunescomponentes para todos los núcleos de la CPU:
- Efectivo L2.
- Unidad de control central CoreSight.
-
Controlador de bus de datos AMBA con capacidad de 128 bits.
Posibles frecuencias
La frecuencia de reloj máxima para esta arquitectura de microprocesador puede variar de 600 MHz a 3 GHz. También se debe tener en cuenta que este parámetro, que indica el impacto máximo en el rendimiento del sistema informático, varía. Además, la frecuencia está influenciada por tres factores a la vez:
- El nivel de complejidad del problema que se está resolviendo.
- Grado de optimización de software para subprocesos múltiples.
- Valor actual de la temperatura del cristal semiconductor.
Como ejemplo, considere el algoritmo del chip MT6582, que se basa en A7 e incluye 4 unidades informáticas, cuya frecuencia varía de 600 MHz a 1,3 GHz. En modo inactivo, este dispositivo procesador puede tener solo una unidad de cálculo y opera a la frecuencia más baja posible de 600 MHz. Una situación similar ocurrirá cuando se inicie una aplicación simple en un dispositivo móvil. Pero cuando aparece en la lista de tareas un juguete que consume muchos recursos con optimización para subprocesos múltiples, los 4 bloques de procesamiento de código de programa a una frecuencia de 1,3 GHz comenzarán a funcionar automáticamente. A medida que la CPU se calienta, los núcleos más calientes reducirán el valor de frecuencia o inclusoapagar. Por un lado, este enfoque proporciona eficiencia energética y, por otro lado, un nivel aceptable de rendimiento del chip.
Caché
Solo se proporcionan 2 niveles de caché en ARM Cortex A7. Las características del cristal semiconductor, a su vez, indican que el primer nivel se divide necesariamente en 2 mitades iguales. Uno de ellos debe almacenar datos y el otro, instrucciones. El tamaño total de la memoria caché en el primer nivel según las especificaciones puede ser igual a 64 KB. Como resultado, obtenemos 32 KB para datos y 32 KB para código. El segundo nivel de caché en este caso dependerá del modelo de CPU específico. Su volumen más pequeño puede ser igual a 0 MB (es decir, ausente), y el más grande - 4 MB.
Controlador RAM. Características
El controlador RAM incorporado viene con cualquier procesador ARM Cortex A7. Las características del plan técnico indican que está enfocado a trabajar en conjunto con RAM LPDDR3. Las frecuencias de funcionamiento recomendadas de la RAM en este caso son 1066 MHz o 1333 MHz. El tamaño máximo de RAM que se puede encontrar en la práctica para este modelo de chip es de 2 GB.
Gráficos integrados
Como era de esperar, estos dispositivos con microprocesador tienen un subsistema de gráficos integrado. ARM recomienda el uso de su propia tarjeta gráfica Mali-400MP2 con esta CPU. Pero su rendimiento a menudo no es suficiente para desbloquear el potencialdispositivo de microprocesador. Por lo tanto, los diseñadores de chips usan adaptadores más eficientes en combinación con este chip, por ejemplo, Power VR6200.
Características del software
Tres tipos de sistemas operativos apuntan a procesadores ARM:
- Android del gigante de las búsquedas Google.
- iOS de APPLE.
- Windows Mobile de Microsoft.
El resto del software del sistema aún no ha recibido mucha distribución. La mayor cuota de mercado de dicho software, como puede suponer, está ocupada por Android. Este sistema tiene una interfaz simple e intuitiva y los dispositivos básicos basados en él son muy, muy asequibles. Hasta la versión 4.4 inclusive era de 32 bits, ya partir de la 5.0 empezó a soportar cálculos de 64 bits. Este sistema operativo se ejecuta con éxito en cualquier familia de CPU RISC, incluido ARM Cortex A7. El menú de ingeniería es otra característica importante de este software de sistema. Con su ayuda, puede reconfigurar significativamente las capacidades del sistema operativo. El acceso a este menú se puede obtener mediante un código que es individual para cada modelo de CPU.
Otra característica importante de este sistema operativo es la instalación automática de todas las actualizaciones posibles. Por lo tanto, incluso pueden aparecer nuevas funciones en los chips de la familia ARM Cortex A7. El firmware puede agregarlos. El segundo sistema está dirigido a los dispositivos móviles de APPLE. Dichos dispositivos ocupan principalmente el segmento premium y tienen niveles correspondientes de rendimiento y costo. El último sistema operativo frente a Windows Mobile aún no ha recibidogran distribución. Hay dispositivos basados en él en cualquier segmento de dispositivos móviles, pero una pequeña cantidad de software de aplicación en este caso es un impedimento para su distribución.
Modelos de procesador
Los más asequibles y menos productivos en este caso son los chips de 1 núcleo. El más extendido entre ellos fue el MT6571 de MediaTek. En un nivel superior están las CPU ARM Cortex A7 Dual Core. Un ejemplo es el MT6572 del mismo fabricante. Quad Core ARM Cortex A7 proporcionó un nivel de rendimiento aún mayor. El chip más popular de esta familia es el MT6582, que ahora se puede encontrar incluso en dispositivos móviles básicos. Bueno, el nivel más alto de rendimiento lo proporcionaron los procesadores centrales de 8 núcleos, a los que pertenecía el MT6595.
Más perspectivas de desarrollo
Hasta ahora, todavía puede encontrar dispositivos móviles en los estantes de las tiendas basados en un dispositivo de procesador de semiconductores basado en 4X ARM Cortex A7. Estos son MT6580, MT6582 y Snapdragon 200. Todos estos chips incluyen 4 unidades de cómputo y tienen un excelente nivel de eficiencia energética. Además, el costo en este caso es muy, muy modesto. Pero aún así, los mejores tiempos de esta arquitectura de microprocesadores han quedado atrás. El pico de ventas de productos basados en él cayó en 2013-2014, cuando prácticamente no tenía alternativa en el mercado de dispositivos móviles. Además, en este caso estamos hablando de dispositivos económicos con 1 o 2módulos de cómputo, y con dispositivos insignia con una CPU de 8 núcleos. Por el momento, Cortex A53 lo está sacando gradualmente del mercado, que es esencialmente una versión modificada de 64 bits de A7. Al mismo tiempo, conservó las principales ventajas de su predecesor por completo y por completo, y el futuro es definitivamente suyo.
Opinión de expertos y usuarios. Reseñas reales sobre chips basados en esta arquitectura. Fortalezas y debilidades
Ciertamente, la aparición de la arquitectura ARM Cortex A7 de los dispositivos con microprocesador se ha convertido en un evento significativo para el mundo de los dispositivos móviles. La mejor prueba de ello es que los dispositivos basados en él se venden con éxito desde hace más de 5 años. Por supuesto, ahora las capacidades de la CPU basada en A7 ya no son suficientes ni siquiera para resolver tareas de nivel medio, pero el código de programa más simple en tales chips aún funciona con éxito. La lista de dicho software incluye reproducción de video, escuchar grabaciones de audio, leer libros, navegar por la web e incluso los juguetes más simples en este caso comenzarán sin ningún problema. En esto se centran los principales portales temáticos dedicados a los gadgets y dispositivos móviles, tanto de los principales expertos en este tipo como de los usuarios habituales. La principal desventaja de A7 es la f alta de compatibilidad con la informática de 64 bits. Pues entre sus principales ventajas se encuentra la combinación perfecta entre eficiencia energética y rendimiento.
Resultados
Ciertamente, la arquitectura ARM Cortex A7 es un todoera en el mundo de los dispositivos móviles. Fue con su llegada que los dispositivos móviles se volvieron asequibles y bastante productivos. Y el mero hecho de que se haya vendido con éxito durante más de 5 años es otra confirmación de ello. Pero si al principio los dispositivos basados en él ocupaban los segmentos medio y premium del mercado, ahora se quedan solo con la clase económica. Esta arquitectura está obsoleta y poco a poco se está convirtiendo en algo del pasado.
