IQ کامپیوترتان را ارتقاء دهید! توضیح ۶ تکنولوژی کلیدی (قسمت 6)

پردازشگر هاي مبتنی بر ARM

اينتل اين روزها از سري اتم سي پي يو هايش مي گويد. آخرين ورژن اتم سيستم SoC روي تراشه است كه اغلب در لپ تاپ ها استفاده مي شود. در حالي كه اتم با سرعتي برابر 1.8 گيگا هرتز اجرا مي شود، اينتل از مزاياي قدرت آن مي گويد.

سازندگاني كه SoC را دور هسته پردازشگر ARM (www.arm.com) ساخته اند به اين ادعا مي خندند، چرا كه آنها سال ها از سيستم هاي كم قدرت در اين تراشه ها استفاده مي كدند. و در آخرين Cortex A9 cores، پردازشگر ARM بي شك از هر اتمي قوي ترند، هرچند قابل مقاسه با x86 code نيستند.

يك SoC تمام كارايي كه شما از يك كامپيوتر انتظار داريد را دارد: سي پي يو، جي پي يو، كنترل حافظه، حافظه نهانگاهي، واصل هاي جانبي چون USB و disk I/O، PCI Express و غيره. حتي برخي SoCها حافظه آنبورد هم دارند. گوشي موبايل شما SoC دارد، تلويزيون هاي HD شما و ماشين هاي شما هم SoC دارند. آنها ديده نمي شوند اما همه جا حضور دارند و در زندگي ديجيتالي شما كارهاي كامپيوتري را انجام مي دهند.

ARM يكي از بزرگترين سازندگان هسته هاي سي پي يوي جاسازي شده است؛ اين شركت هم چنين پردازشگرهاي گرافيك و SoC هاي كامل مي سازد. اما تراشه نمي فروشد. در عوض به طرح هاي سي پي يو در ديگر شركت ها، گواهي ايجاد تغيير و افزايش در محصولات ARM به منظور رسيدن به كاربردهاي خاص، مي دهد.

نقاط قوت و محدودیتها

پردازنده های مبتنی بر ARM، مجموعه کاملی از کارکردهای سیستمی را در بسته های بسیار کوچکی، از اندازه 20 میلیمتر مربع  تا 60 میلیمتر مربع، ارائه می دهند. که قابل مقایسه با آخرین پردازنده های Atom N450، که دارای ابعادی در حدود66 میلیمتر مربع می باشند، هستند . در مقایسه ای بهتر، می توان آنها را با پردازنده های 195 میلیمتر مربعی مقابسه نمود که از قطعات بسیار کوچک 32 نانومتری Clarkdale  شرکت اینتل به همراه گرافیک های مورد نظر تشکیل شده است، در این حالت می توانید تصور کنید این قطعات بسیار کوچک سیستم های روی چیپ (SoC) چه شکلی می باشند.

پوشش های حرارتی و توانی این پردازنده ها غیر قابل نفوذ می باشند. نیازمندیهای مرتبط با طول عمر باتری در تلفن های سلولی بسیار دقیق و محاسبه شده بوده، در نتیجه حتی در صورتیکه چیپ موجود در آنها دارای توانایی عملکرد در سرعت های بالای زمانی را داشته باشد.  معمولا نمی توانید آنها را در فرکانس های بسیار بالا استفاده نمایید، هرچند که طراحان ARM و شرکای آنها در طراحی چیپ، یک روند مدیریت توان پویائی را ایجاد نموده بودند. قسمت های مختلف چیپ در زمانی که مورد استفاده قرار نمی گرفتند، می توانستند به حالت ” تاریک” رفته و گیت های زمانی برای جاهای مورد نیاز استفاده شوند. با استفاده از علامت مشابه ای، هسته های مستقل نیز در صورت نیاز می توانستند به فرکانس های بالاتر رفته و سپس به سرعت به فرکانس پایین تر برگردند.

با این حال آنچه شما در پردازنده های ARM خواهید یافت، یک قطعه نسبتا کوچک و متمرکز شده ای است که توان کمی مصرف نموده، اما در زمان مورد نیاز کارایی خوبی را نشان می دهد. حتی GPU هایی که برای پلتفورم های کوچک طراحی شده اند، از سیستم توزیع قسمت بندی شده استفاده می نمایند،تا بتوانند به عنوان مثال حافظه مورد استفاده و هزینه های پهنای باند را به حداقل ممکن کاهش دهند. GPU  می تواند 30 – 60 fps را در اجرای یک بازی در صورتیکه در رزولوشن 320 * 240 یا سایر رزولوشن های پایین اجرا شوند، خروجی داشته باشند.

هنگامی که یک کمپانی یک هسته ARM را در سطح چیپ محصول خود به کار می گیرد، در حقیقت از یک IP در شکل یک سلول ماکرو استفاده می نماید که می تواند با استفاده ازآن از ابزارهای مخصوص طراحی الکترونیکی  کمپانی OEM استفاده نماید. طراحان می توانند بسته به نوع کاری که می خواهند انجام دهند مد  CPU را فعال یا غیر فعال نمایند.

مطالعه موردی : TI OMAP

TI’s OMAP 3430  بر اساس هسته ARM Cortex A8 ساخته شده است، و باعث تولید تلفن های سلولی قدرتمندی نظیر تلفن بسیار مورد توجه قرار گرفته Palm Pre شده است.

هرچند که OMAP 3430 یک پردازنده محسوب می شود، با این وجود برای برقراری ارتباط با محیط بیرونی به تعداد بسیار زیادی واسط نیازمند می باشد. برخلاف برخی از محصولات رقیب، این نوع از OMAP، قابلیت های GPS یا Wi-Fi را در داخل بدنه اصلی ندارد. با این حال، در این محصول فناوری های خلاقانه ای در مورد هسته PowerVR SGX GPU تعبیه شده که در مورد گرافیک های دو بعدی و سه بعدی کاربرد دارند.همچنین در آن شتاب دهنده چند رسانه ای IVA 2+  نیز تعبیه شده است که تا حدود رزولوشن 720 پیکسل را پشتیبانی کرده و می تواند فرمت های HD MPEG-4، H.264 و WMV9 را در رزولوشن 720×480 کدگذاری و کدگشایی نماید.

این خاصیت به راحتی می تواند باعث فعال کردن نمایشگر LCD Palm Pre’s 320×480   گردد. هسته Cortex A8 می تواند قابلیت های Pre’s را فعال نموده تا با استفاده از Palm’s WebOS توانایی اجرای همزمان چندین عمل را داشته باشد، خاصیتی که در گوشی های تلفن هوشمند رقبا مخصوصا iPhone اپل وجود ندارد.

یک خصوصیت بسیار جالب OMAP، موتور رمزنگاری و رمزگشایی آن می باشد که توانایی پشتیبانی الگوریتم های رمزنگاری AES, DES, PKA, SHA-1 و غیره را داراست. این قابلیت سبب می شود بتوان ارتباطات امنی در محیط های بی سیم ایجاد نمود.

مطالعه موردی : Nvidia Tegra APX 2600

Tegra APX 2600  توسط مدیا پلیر قابل حمل Zune HD مورد استفاده قرار گرفته است. درحقیقت APX 2600 از دو نوع هسته مختلف ARM استفاده می نماید.

هسته ARM11، یک هسته کامپیوتری همه منظوره می باشد، در حالیکه ARM7 روند های اضافی مرتبط با صوت و تصویر را اجرا می نماید. ARM11  دارای سرعت 600MHz و حافظه موقت L1 64 کیلو بایت (32 کیلو بایت مخصوص اجرای فرامین و 32 کیلو بایت مخصوص داده ها) می باشد. این CPU همچنین دارای حافظه موقت L2 256  کیلو بایت به اشتراک گذاشته شده نیز می باشد.

درحالیکه ARM7 برخی از روال های صوتی را اجرا می نماید،  APX 2600همچنین دارای بخش های کدگذاری و کد گشایی ویدوئی HD جداگانه ای بر روی چیپ می باشد، علاوه بر آن یک GPU طراحی شده بر اساس Nvidia نیز دارد. CPU دارای مجموعه رایجی از واسط ها برای کاربردهای حافظه های فلش، USB، HDMI و موارد اینچنینی می باشد.

تمامی این خصوصیات در یک بسته کوچک HD مجتمع شده است، که دارای قابلیت های خروجی ویدیویی 720 پیکسلی از طریق HDMI، پشتیبانی از بازیهای سه بعدی و قابلیتهای مرورگرهای تحت وب می باشند.

ARM در هرجا

همانطور که از دو مطالعه موردی مشاهده نموده ایم، هسته های پردازنده ARM در خنک ترین بسته های در دسترس، مورد استفاده قرار گرفته اند. سایر محصولاتی که از فناوریهای ARM استفاده می نمایند، از قبیل پردازنده های Qualcomm’s Snapdragon، را می توان در مجموعه گوشی های هوشمند مبتنی بر Android شرکت گوگل مشاهده نمود. حتی چیپ های ریزتری که دارای مصرف توان کمتر و خصوصیات پیاده سازی مبتنی بر ARM کمتری می باشند نیزبه منظور انجام کارهای خاص در خودروها، لوازم الکترونیکی خانگی و گوشی های همراه ساده تر مورد استفاده قرار می گیرند.

با شیوع استفاده از پردازنده های مبتنی بر ARM و حرفه ای تر شدن مجموعه طراحان نرم افزاری، ما حتی ممکن است شاهد سیستم های ARM شبیه کامپیوترهای شخصی، از قبیل iPad اپل و کتاب های هوشمند مبتنی بر لینوکس در فروشگاه های CES.CSE نیز باشیم. همانطور که اینتل سعی وافری در تولید سیستم های مجهز شده بوسیله x86 Atom می نماید، جای تعجبی نخواهد داشت اگرARM نیز سعی نماید در تولیدات گذشته خود بازنگری ایجاد نماید. شاید لب تاپ بعدی شما دارای مارک “ARM” باشد.

منبع: