Bài viết này sẽ thảo luận về kiến trúc bộ xử lý ARM Cortex A7. Các sản phẩm bán dẫn dựa trên nó có thể được tìm thấy trong điện thoại thông minh, bộ định tuyến, máy tính bảng và các thiết bị di động khác, nơi mà cho đến gần đây nó vẫn giữ vị trí dẫn đầu trong phân khúc thị trường này. Giờ đây, nó đang dần được thay thế bởi các giải pháp xử lý mới hơn và mới hơn.
Thông tin ngắn gọn về ARM
Lịch sử của ARM bắt đầu vào năm 1990 khi nó được thành lập bởi Robin Saxby. Cơ sở cho việc tạo ra nó là một kiến trúc vi xử lý mới. Nếu như trước đó, vị trí thống lĩnh thị trường CPU do x86 hay CISC chiếm giữ, thì sau khi thành lập công ty này, một giải pháp thay thế xứng đáng đã xuất hiện dưới hình thức RISC. Trong trường hợp đầu tiên, việc thực thi mã chương trình được giảm xuống còn 4 giai đoạn:
- Nhận hướng dẫn về máy.
- Thực hiện chuyển đổi vi mã.
- Nhận vi lệnh.
- Thực hiện từng bước vi lệnh.
Ý tưởng chính của kiến trúc RISС là việc xử lý mã chương trình có thể được rút gọn thành 2 giai đoạn:
- Nhận hướng dẫn RISC.
- Xử lý hướng dẫn RISC.
Cả trong trường hợp đầu tiên và trong trường hợp thứ hai đều có cả ưu điểm và nhược điểm đáng kể. x86 đã chinh phục thành công thị trường máy tính và RISC (bao gồm cả ARM Cortex A7, được giới thiệu vào năm 2011) - thị trường thiết bị di động.
Lịch sử xuất hiện của kiến trúc Cortex A7. Các tính năng chính
Cortex A8 được dùng làm nền tảng cho Cortex A7. Ý tưởng chính của các nhà phát triển trong trường hợp này là tăng hiệu suất và cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng của giải pháp xử lý. Đây là những gì cuối cùng đã xảy ra với các kỹ sư tại ARM. Một tính năng quan trọng khác trong trường hợp này là có thể tạo ra một CPU với công nghệ big. LITTLE. Đó là, một tinh thể bán dẫn có thể bao gồm 2 mô-đun tính toán. Một trong số đó là nhằm giải quyết các tác vụ đơn giản nhất với mức tiêu thụ điện năng tối thiểu và theo quy luật, các lõi Cortex A7 hoạt động trong vai trò này. Phần mềm thứ hai được thiết kế để chạy phần mềm phức tạp nhất và dựa trên các đơn vị tính toán Cortex A15 hoặc Cortex A17. Chính thức, "Cortex A7" đã được giới thiệu, như đã nói trước đó, vào năm 2011. Chà, bộ vi xử lý ARM Cortex A7 đầu tiên được phát hành một năm sau đó, tức là vào năm 2012.
Công nghệ sản xuất
Ban đầuCác sản phẩm bán dẫn dựa trên A7 được sản xuất theo tiêu chuẩn công nghệ 65 nm. Bây giờ công nghệ này đã lỗi thời một cách vô vọng. Sau đó, hai thế hệ vi xử lý A7 nữa được ra mắt theo tiêu chuẩn dung sai là 40 nm và 32 nm. Nhưng bây giờ chúng đã trở nên không còn liên quan. Các mẫu CPU mới nhất dựa trên kiến trúc này đã được sản xuất theo tiêu chuẩn 28 nm và chúng vẫn có thể được bán trên thị trường. Việc chuyển tiếp sang các quy trình công nghệ mới hơn với các tiêu chuẩn dung sai mới và kiến trúc lỗi thời là điều khó có thể xảy ra. Các chip dựa trên A7 hiện chiếm phân khúc ngân sách nhất trên thị trường thiết bị di động và chúng đang dần bị thay thế bởi các thiết bị dựa trên A53, với các thông số hiệu suất năng lượng gần như tương tự, có mức hiệu suất cao hơn.
Kiến trúc của lõi vi xử lý
1, 2, 4 hoặc 8 lõi có thể là một phần của CPU dựa trên ARM Cortex A7. Các đặc điểm của bộ vi xử lý trong trường hợp thứ hai cho thấy rằng con chip về cơ bản bao gồm 2 cụm 4 lõi. Trong 2-3 năm, các sản phẩm bộ xử lý cấp thấp dựa trên chip có 1 hoặc 2 mô-đun tính toán. Cấp độ trung bình bị chiếm bởi các giải pháp 4 lõi. Chà, phân khúc cao cấp đứng sau chip 8 nhân. Mỗi lõi bộ vi xử lý dựa trên kiến trúc này bao gồm các mô-đun sau:
- Đơn vị Dấu chấm Động (FPU).
- Tiền mặt mức 1.
- khối NEON để tối ưu hóa CPU.
- Mô-đun tính toán ARMv7.
Cũng có những điểm chung sau đâythành phần cho tất cả các lõi trong CPU:
- Tiền mặt L2.
- Bộ điều khiển lõi CoreSight.
- Bộ điều khiển bus dữ liệu AMBA với dung lượng 128 bit.
Tần số có thể
Tần số xung nhịp tối đa cho kiến trúc bộ vi xử lý này có thể thay đổi từ 600 MHz đến 3 GHz. Cũng cần lưu ý rằng thông số này, cho biết tác động tối đa đến hiệu suất của hệ thống máy tính, khác nhau. Hơn nữa, tần suất bị ảnh hưởng bởi ba yếu tố cùng một lúc:
- Mức độ phức tạp của vấn đề đang được giải quyết.
- Mức độ tối ưu hóa phần mềm cho đa luồng.
- Giá trị hiện tại của nhiệt độ tinh thể bán dẫn.
Ví dụ: hãy xem xét thuật toán của chip MT6582, dựa trên A7 và bao gồm 4 đơn vị tính toán, tần số của chúng thay đổi từ 600 MHz đến 1,3 GHz. Ở chế độ nhàn rỗi, thiết bị xử lý này chỉ có thể có một đơn vị tính toán và nó hoạt động ở tần số thấp nhất có thể là 600 MHz. Tình huống tương tự sẽ xảy ra khi một ứng dụng đơn giản được khởi chạy trên thiết bị di động. Nhưng khi một món đồ chơi sử dụng nhiều tài nguyên với tính năng tối ưu hóa cho đa luồng xuất hiện trong danh sách nhiệm vụ, cả 4 khối xử lý mã chương trình ở tần số 1,3 GHz sẽ tự động bắt đầu hoạt động. Khi CPU nóng lên, các lõi nóng nhất sẽ làm giảm giá trị tần số hoặc thậm chítắt. Một mặt, phương pháp này mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng và mặt khác, mức hiệu suất chip có thể chấp nhận được.
Bộ nhớ đệm
Chỉ có 2 cấp bộ nhớ cache được cung cấp trong ARM Cortex A7. Đến lượt mình, các đặc tính của tinh thể bán dẫn chỉ ra rằng mức đầu tiên nhất thiết phải được chia thành 2 nửa bằng nhau. Một trong số chúng nên lưu trữ dữ liệu và cái còn lại - hướng dẫn. Tổng kích thước bộ nhớ cache ở cấp độ 1 theo các thông số kỹ thuật có thể bằng 64 KB. Kết quả là, chúng tôi nhận được 32 KB cho dữ liệu và 32 KB cho mã. Bộ nhớ cache cấp 2 trong trường hợp này sẽ phụ thuộc vào kiểu CPU cụ thể. Thể tích nhỏ nhất của nó có thể bằng 0 MB (nghĩa là không có) và lớn nhất - 4 MB.
bộ điều khiển RAM. Tính năng
Bộ điều khiển RAM tích hợp đi kèm với bất kỳ bộ xử lý ARM Cortex A7 nào. Các đặc điểm của kế hoạch kỹ thuật chỉ ra rằng nó tập trung vào làm việc kết hợp với RAM LPDDR3. Các tần số hoạt động được khuyến nghị của RAM trong trường hợp này là 1066 MHz hoặc 1333 MHz. Kích thước RAM tối đa có thể tìm thấy trên thực tế cho mẫu chip này là 2 GB.
Đồ họa tích hợp
Đúng như mong đợi, các thiết bị vi xử lý này có hệ thống con đồ họa tích hợp. ARM khuyến nghị sử dụng card đồ họa Mali-400MP2 của riêng mình với CPU này. Nhưng hiệu suất của nó thường không đủ để mở ra tiềm năngthiết bị vi xử lý. Do đó, các nhà thiết kế chip sử dụng các bộ điều hợp hiệu quả hơn kết hợp với chip này, chẳng hạn như Power VR6200.
Tính năng phần mềm
Ba loại hệ điều hành nhắm mục tiêu bộ xử lý ARM:
- Android từ gã khổng lồ tìm kiếm Google.
- iOS của APPLE.
- Windows Mobile của Microsoft.
Tất cả các phần mềm hệ thống khác vẫn chưa được phân phối nhiều. Như bạn có thể đoán, thị phần lớn nhất của phần mềm này do Android chiếm giữ. Hệ thống này có giao diện đơn giản và trực quan và các thiết bị cấp nhập cảnh dựa trên nó có giá rất rất phải chăng. Lên đến phiên bản 4.4, nó là 32-bit và kể từ 5.0, nó bắt đầu hỗ trợ các phép tính 64-bit. Hệ điều hành này chạy thành công trên bất kỳ dòng CPU RISC nào, bao gồm cả ARM Cortex A7. Menu kỹ thuật là một tính năng quan trọng khác của phần mềm hệ thống này. Với sự trợ giúp của nó, bạn có thể cấu hình lại đáng kể các khả năng của hệ điều hành. Bạn có thể truy cập menu này bằng cách sử dụng mã riêng cho từng kiểu CPU.
Một tính năng quan trọng khác của HĐH này là tự động cài đặt tất cả các bản cập nhật có thể có. Do đó, ngay cả những tính năng mới cũng có thể xuất hiện trên các chip thuộc họ ARM Cortex A7. Phần vững có thể thêm chúng. Hệ thống thứ hai là nhằm vào các thiết bị di động APPLE. Những thiết bị như vậy chủ yếu chiếm phân khúc cao cấp và có mức hiệu suất và giá thành tương ứng. Hệ điều hành mới nhất đối mặt với Windows Mobile vẫn chưa nhận đượcsự phân phối tuyệt vời. Có những thiết bị dựa trên nó trong bất kỳ phân khúc thiết bị di động nào, nhưng một lượng nhỏ phần mềm ứng dụng trong trường hợp này là yếu tố cản trở việc phân phối nó.
Mô hình bộ xử lý
Giá cả phải chăng nhất và ít năng suất nhất trong trường hợp này là chip 1 lõi. Phổ biến nhất trong số đó là MT6571 từ MediaTek. Nổi bật hơn cả là CPU lõi kép ARM Cortex A7. Một ví dụ là MT6572 của cùng một nhà sản xuất. Một mức hiệu suất thậm chí còn lớn hơn được cung cấp bởi Quad Core ARM Cortex A7. Con chip phổ biến nhất trong gia đình này là MT6582, hiện có thể được tìm thấy trong các thiết bị di động cấp thấp. Chà, mức hiệu suất cao nhất được cung cấp bởi bộ vi xử lý trung tâm 8 lõi, mà MT6595 thuộc về.
Triển vọng phát triển hơn nữa
Cho đến nay bạn vẫn có thể tìm thấy thiết bị di động trên các kệ hàng dựa trên thiết bị xử lý bán dẫn dựa trên 4X ARM Cortex A7. Đó là MT6580, MT6582 và Snapdragon 200. Tất cả những con chip này bao gồm 4 đơn vị tính toán và có mức hiệu quả năng lượng tuyệt vời. Ngoài ra, chi phí trong trường hợp này là rất, rất khiêm tốn. Tuy nhiên, thời điểm tốt nhất của kiến trúc bộ vi xử lý này đang ở phía sau chúng ta. Đỉnh cao của doanh số bán các sản phẩm dựa trên nó rơi vào năm 2013-2014, khi nó thực tế không có sản phẩm thay thế trên thị trường thiết bị di động. Hơn nữa, trong trường hợp này, chúng ta đang nói về các thiết bị giá rẻ có 1 hoặc 2mô-đun điện toán và với các tiện ích hàng đầu với CPU 8 nhân. Hiện tại, nó đang dần bị loại khỏi thị trường bởi Cortex A53, về cơ bản là phiên bản sửa đổi 64-bit của A7. Đồng thời, cô ấy vẫn giữ nguyên vẹn và hoàn toàn những ưu điểm chính của người tiền nhiệm, và tương lai chắc chắn là của cô ấy.
Ý kiến của chuyên gia và người dùng. Đánh giá thực tế về chip dựa trên kiến trúc này. Điểm mạnh và điểm yếu
Chắc chắn, sự xuất hiện của kiến trúc ARM Cortex A7 trên các thiết bị vi xử lý đã trở thành một sự kiện trọng đại của thế giới thiết bị di động. Bằng chứng tốt nhất về điều này là các thiết bị dựa trên nó đã được bán thành công trong hơn 5 năm. Tất nhiên, bây giờ khả năng của CPU dựa trên A7 không còn đủ để giải quyết các tác vụ cấp trung bình, nhưng mã chương trình đơn giản nhất trên các chip như vậy vẫn hoạt động thành công. Danh sách các phần mềm đó bao gồm phát lại video, nghe ghi âm, đọc sách, lướt web và thậm chí cả những đồ chơi đơn giản nhất trong trường hợp này sẽ khởi động mà không gặp bất kỳ sự cố nào. Đây là điều mà các cổng thông tin chuyên đề hàng đầu dành riêng cho các thiết bị và thiết bị di động tập trung vào, cả các chuyên gia hàng đầu của loại hình này và người dùng bình thường. Nhược điểm chính của A7 là thiếu hỗ trợ tính toán 64-bit. Chà, những ưu điểm chính của nó bao gồm sự kết hợp hoàn hảo giữa hiệu suất năng lượng và hiệu suất.
Kết quả
Chắc chắn, kiến trúc ARM Cortex A7 là một tổng thểkỷ nguyên trong thế giới thiết bị di động. Với sự ra đời của nó, các thiết bị di động trở nên có giá cả phải chăng và khá hiệu quả. Và thực tế là nó đã được bán thành công trong hơn 5 năm là một xác nhận khác về điều này. Nhưng nếu lúc đầu, các tiện ích dựa trên nó chiếm lĩnh phân khúc trung cấp và cao cấp của thị trường, thì giờ đây chúng chỉ còn lại tầng lớp bình dân. Kiến trúc này đã lỗi thời và đang dần trở thành dĩ vãng.
