Kalifornijska Silicijeva dolina je dom številnih IT-velikanov, Google, Apple, Intel, AMD, vsi so doma tu na zahodni obali ZDA. Na drugi strani imajo Britanci Silicon Fen, ki je precej manjšega obsega, sploh pa nima idiličnega kalifornijskega vremena. A v marsikaterem pogledu ARM Holdings iz Cambridgea prej omenjene ameriške junake postavlja v senco.

Mogoče zaradi nenavadnega poslovnega modela, mogoče zaradi tega, ker svojih izdelkov ne oglašujejo neposredno. Če bi obstajal napis ARM Inside, bi bil ta napis precej pogostejši kot Intel Inside.

ARM je pred kratkim oznanil, da so njihovi partnerji izdelali že 50 milijard ARM-čipov. To je neverjetna številka, še bolj pa postane ob dejstvu, da so kar deset milijard uporabili lani. Kako lahko podjetje na eni strani postane velikan, na drugi pa ostane praktično anonimno?

V začetku osemdesetih je kopica malih britanskih podjetij pokazala svetu, da je lahko računalnik dovolj poceni, da postane blago široke potrošnje. Eno takih podjetij je bil tudi Acorn Computers iz Cambridgea, ki je pisal uspeh z malim računalnikom BBC Micro, ki je postal ikona izobraževalnega računalnika tako v šolah kot tudi pri domači uporabi. Na trg je prišel leta 1981, sredi desetletja pa je bil že obkoljen s konkurenčnimi izdelki Commodorja, Atarija in IBM-a. Potrebovali so nov izdelek, in namesto da bi se zatekli k Intelu ali Motoroli kakor večina konkurentov, se je Acorn odločil, da naredi svoj mikroprocesor. Medtem ko so Intelovi procesorji postajali vse bolj zapleteni, je Acorn ubral drugačno pot. Znani pod oznako RISC (Reduced Instruction Set Computer) so imeli novi procesorji, narejeni po tej filozofiji, zelo poenostavljeno arhitekturo, ki je omogočala izvrševanje enostavnih ukazov pri izjemnih hitrostih. Acorn je svoj procesor RISC poimenoval ARM (Acorn RISC Machine).

Njihov novi računalnik je dobil ime Acorn Archimedes A305, predstavljen je bil leta 1987 in je pri 8 MHz zmogel 4,5 MIPS. Atari ST, ki je v tistem obdobju predstavljal tehnično napreden računalnik, je pri 8 megahercih iz Motorole 68000 iztisnil le četrtino te računske moči. Da bi imeli podobno moč kot Archimedes, ste morali odšteti več tisoč funtov za Compaqov Deskpro 386, ki je bil eden prvih PC-jev na osnovi Intela 80386. Da bi bil enak Acornovemu ARM-u, je moral 386 teči pri 20 MhZ.

Kljub impresivnim številkam procesorja ARM pa Archimedes v priljubljenosti nikoli ni dosegel BBC Micro. A tehnologija, ki ga je poganjala, je pokazala velik potencial, zato je Acorn privolil v sodelovanje z Applom in proizvajalcem polprevodnikov VLSI, da naprej razvija svojo arhitekturo ARM.

Leta 1990 so ta tri podjetja ustanovila skupno podjetje Acorn RISC Machines Ltd., ki je pozneje postalo ARM Holdings. Čeprav imena niso več razčlenjevali, pa danes ime ARM pomeni Advanced RISC Machine.

Tako kot velja, da današnji Intelovi izdelki ohranjajo podobnost s tistimi iz osemdesetih let, velja tudi za ARM. Družina X86 je šla skozi številne generacije, vsaka reverzno kompatibilna s predhodniki, a z novim naborom ukazov, večjim vodilom in številom jeder ter vkorporirano grafiko.

Prva generacija 8086 je tako sprožila 80286, sledili so 80386, 80486, Pentium in tako naprej, dokler nismo prišli do današnjih arhitektur. Medtem ko so se prve generacije med seboj razlikovale le po frekvencah, ima vsaka generacija danes več različnih izdelkov.

Tudi ARM ima podobno filozofijo in njegova arhitektura je šla skozi več generacij, najnovejša in zadnja je zdaj na 64-bitni tehnologiji. Z vsako generacijo so dodajali nova jedra, in to je bolj kot ne edina podobnost z Intelom.

Narediti primerjavo med ARM-om in Intelom je kot primerjati jabolka in pomaranče. Intel sledi tradicionalnemu pristopu proizvajalca polprevodnikov, ki dizajnira, izdeluje in trži različne izdelke. Podobno je začel tudi AMD, ki pa danes nima več lastnih proizvodnih obratov, pač pa procesorje zanje izdelujejo podizvajalci.

ARM deluje še eno raven nižje, saj ni vpleten fizično v izdelke, pač pa prodaja intelektualne pravice. To pomeni, da se stranke ARM-a precej razlikujejo od Intelovih ali AMD-jevih. Medtem ko ti podjetji prodajata izdelke proizvajalcem in kupcem, pa ARM intelektualno lastnino prodaja podjetjem, ki so sposobna to spremeniti v silicijev čip. To so ali proizvajalci polprevodnikov, ki bodo prodajali čipe, ali pa velikani, kot je Samsung, ki bodo lastne čipe vgrajevali v različne izdelke, od tablic do televizorjev.

S številnimi generacijami in številnimi jedri je težko narediti pregled nad vsemi ARM-ovimi izdelki. A nekaj jih vendarle izstopa. Eden takih je Cortex-A9, ki je delovni konj mobilnikov srednjega razreda že kar nekaj časa. Gre za odličen primer procesorja, ki je bil namenjen mobilnim napravam, zdaj pa ga najdemo tudi v avtomobilih in televizorjih.

Drugi tak izdelek je grafični procesor Mali. Medtem ko je osnovi procesor še vedno pomemben, pa so tu tudi druge reči, ki dodajo k uporabniškemu vtisu, od uporabniškega vmesnika do ostalih matematično zahtevnih funkcij, kot je prepoznavanje obraza in stabilizacija videa, kar bo močno spremenilo uporabniški vmesnik v prihodnosti.

Tretji tak dragulj v ARM-ovi kroni pa je Cortex-M, nizkoenergijski procesor, ki se uporablja praktično povsod. Vsi govorijo o povezovanju stvari, internetu stvari, kjer bodo stvari povezane med seboj, tudi v najrazličnejših objektih, ki niso neposredno IT ali elektronskega namena. Ne nazadnje, pri ARM-u računajo, da bo tak čip vgrajen tudi v človeško telo in bo izboljšal zdravje, poenostavil vsakodnevni kaos, učenje in komunikacijo. Najbolj napredni primerki, ki jih izdeluje Freescale, porabijo samo 50 milivatov ali še manj, kar je več kot primerno za naprave, ki se napajajo neposredno z energijo okolice.

Energijska nepotratnost je še najbolj opazna pri mobilnih napravah, kjer odloča, ali bo naprava delovala več kot en dan ali pa bo prazna že po pol dneva. Zanimivo pa je, da so data centri, kjer gostijo strežnike in oblačne storitve, postali eni največjih potratnežev elektrike, kar postaja vse dražje za podjetja, ki jih upravljajo, posredno pa tudi onesnažuje okolje. Zato je ena glavnih ARM-ovih tarč tudi ta del informacijskega sveta. Applied Micro je že globoko v teh vodah, HP pa je oznanil, da bo uporabil AP-jev X-Gene procesor, ki temelji na 64-bitni ARMv8 arhitekturi v Moonshot seriji strežnikov.

Ena takih presenetljivih zgodb zadnjega časa je AMD-jev čip, ki uporablja ARM-ova jedra in je prav tako namenjen strežniškim rešitvam. Odklon od AMD-jeve x86 arhitekture se imenuje Opteron A1100 s kodnim imenom Seattle, ki temelji na jedru Cortex-A57. Sistem na čipu ima 4 ali 8 jeder, hitrost do 2 GHz, 1 MB drugonivojskega predpomnilnika in 8 MB deljenega tretjenivojskega. Na čipu je tudi 128-bitni kontroler, ki podpira do 128 GB pomnilnika. AMD napoveduje, da bo njihov procesor popolnoma spremenil porabo pri strežniških sistemih, ko gre za strošek na dejansko moč.

Še eno novo področje uporabe se odpira ARM-ovi arhitekturi. Superračunalniki, kjer je bila surova moč x86 in PowerPC-jev do zdaj v veliki prednosti. A tudi tu prihaja do pomembnega podatka, ko gre za porabo in energijsko učinkovitost. Na primer, kitajski superračunalnik s 3,12 milijona jeder je ta hip najhitrejši računalnik na svetu, a porablja 24 megavatov elektrike. To bi na našem koncu pomenilo blizu 40 tisoč evrov na dan. Predvsem zaradi tega se verjetno pripravlja nov pretres v svetu superračunalnikov, kjer bodo učinkoviti procesorji nadomestili surove in potratne.

Čeprav še niso v rangu top 500 računalnikov na svetu, pa sistemi z arhitekturo ARM vendarle prihajajo. Tak je evropski projekt Mont Blanc, ki ga financira evropska komisija in se gradi v Superračunalniškem centru v Barceloni. Poganjajo ga procesorji Samsung Exynos 5 Dual na osnovi ARM Cortex-A15, ki so tudi v Googlovi tablici Nexus 10, prinašajo pa superračunsko moč, ki je 15- do 30-krat bolj učinkovita kot danes najbolj učinkoviti procesorji.

Naj gre za mikrokontrolerje, ki stanejo dober evro, ali srca najbolj pametnih mobilnikov, ARM-ova tehnologija je povsod. In glede na projekcije in številke bo ta briljantna arhitektura kmalu zavladala svetu. Vse to se skriva v zgradbi, ki v primerjavi z ameriškimi velikani deluje ubožno, podjetje pa se zelo dobro skriva za končnimi izdelki, brez katerih bi se svet 21. stoletja ustavil.


RISC proti CISC
Razvoj Intelovih CISC-procesorjev temelji na prepričanju, da če je nekaj vgrajeno v čip, je hitrejše, kot če to izvaja softver. Ta filozofija se je začela že pri 8080 in se nadaljuje v arhitekturo x86. Zgodnji 8-bitni čipi niso imeli ukaza za množenje celih števil, zato je moral to funkcijo opravljati softver z večkratnim seštevanjem. 8086 je množenje in deljenje dodal v čip, generacije za njim pa so dobile še bolj zapletene operacije. A vse to je imelo ceno. Najbolj enostavne operacije pri 8086 so zahtevale dva cikla ure, bolj zapletene še več. Povečevanje hitrosti ure je bilo povezano s temi bolj zapletenimi operacijami.
Pristop RISC je povsem drugačen. Zasnovana na Berkeleyju v začetku osemdesetih let je arhitektura narejena tako, da lahko procesor v enem ciklu izvede več enostavnih ukazov. Da bi obdržali enostavnost, so omejili dostopanje do pomnilnika na samo dve funkciji, Load in Store, vse ostale funkcije pa so se morale izvajati znotraj registrov procesorja. Druga verzija Berkeleyjevega RISC-a je premagala vse mikro računalnike tistega časa in pokazala precejšnjo premoč nad Motorolinim M68000, ki je veljal za enega najboljših CISC-dizajnov tistega časa.

Kmalu je sledilo tudi komercialno zanimanje, več podjetij je predstavilo svoje procesorje RISC. Ob Acornu so bili tu še MIPS, Sun Microsystemov SPARC, HP-jev PA-RISC, DEC-ov Alpha in IBM-ov POWER. Vsi ti so bili namenjeni visokozmogljivim sistemom UNIX. Od takrat je preteklo dosti elektronov in mnogo teh sistemov je le še del zgodovine. Le MIPS še najdemo v igralnih konzolah, SPARC pa v delovnih postajah UNIX.


Nadzirajo svet
Če upoštevamo, da so mikroprocesorji srce računalnika, se zdi nenavadno, da govorimo o neračunalniški rabi procesorjev. In če so PC-ji, tablice, mobilniki in strežniki najbolj logičen in očiten način rabe procesorjev ARM, pa so le del zgodbe. Na eni strani imamo 64-bitne 8-jedrne ARM-e, ki ogrožajo Intelove čipe, na drugi strani pa lahko kupite izdelek z ARM-ovim procesorjem, ki stane dober evro. In ne, niso v računalnikih, pač pa v mikrokontrolerjih, v osnovi procesorjih z dodanim RAM-om in bliskovnim (Flash) pomnilnikom ter vezjem, ki komunicira s svetom. Niso formule, saj imajo najhitrejši komaj 48 MHz, a vrh glave za naloge, ki so jim namenjene. Večinoma gre za naprave, ki imajo fiksen softver in uporabnik nanj ne more vplivati. Kje jih najdemo? V avtomobilih, televizorjih, beli tehniki, igračah, medicinski opremi in tudi tipkovnicah za PC-je. Tu je tudi Internet of Things, internet stvari, ki ga opisujejo kot zbirko pametnih, s senzorji opremljenih objektov, povezanih v omrežje, ki komunicirajo med seboj. ARM verjame, da lahko z njimi opremimo vsak objekt, od oblačil, termostatov, nakita, celo žarnic. Predstavljajte si milijarde stvari, ki med seboj komunicirajo prek interneta.

Moj mikro, november – december 2014 | Artur Švarc |