Процесор ARM Cortex A7: характеристики та відгуки

В цьому матеріалі йтиметься про процесорної архітектури ARM Cortex A7 . Напівпровідникові продукти на її основі можна зустріти в смартфонах, роутерах, планшетах та інших мобільних пристроях, де вона донедавна займала провідні позиції в цьому сегменті ринку. Зараз же її поступово витісняють більш нові і свіжі процесорні рішення.

Коротка довідка про компанії ARM

Історія компанії ARM почалася в 1990 році, коли вона була заснована Робіном Саксбі. Основою для її створення стала нова мікропроцесорна архітектура. Якщо до цього пануючі позиції на ринку ЦП займала х86 або CISC , то після утворення даної компанії з'явилася гідна альтернатива у вигляді RISC. У першому випадку виконання програмного коду зводилося до 4 етапів:

Отримання машинних інструкцій.

Виконання перетворення мікрокоду.

Отримання микроинструкций.

Поетапне виконання микроинструкций.

Про сновная ж ідея архітектури RIS З полягала в тому, що обробку програмного коду можна звести до 2 етапами:

Отримання RISC - інструкцій.

Обробка RISC - інструкцій.

До ак і в першому, і в другому випадку є як плюси, так і суттєві недоліки. х86 успішно завоювала комп'ютерний ринок, а RISC ( в тому числі і ARM Cortex A7 , представлена 2011 році) — ринок мобільних пристроїв.

Історія появи архітектури Cortex A7. Ключові особливості

В якості основи для «Кортекс А7» виступала «Кортекс А8». Основна ідея розробників в даному випадку зводилася до того, щоб збільшити продуктивність і значно поліпшити енергоефективність процесорного рішення. Саме це в кінцевому підсумку і вийшло у інженерів компанії ARM . Ще однією важливою особливістю в даному випадку стало те, що з'явилася можливість створювати ЦПУ з технологією big.LITTLE. То є напівпровідниковий кристал міг включати 2 обчислювальних модуля. Один з них був націлений на рішення найбільш простих завдань з мінімальним енергоспоживанням і, як правило, в цій ролі виступали ядра «Кортекс А7». Другий же був призначений для запуску найбільш складного софта і базувався на обчислювальних блоках «Кортекс А15» або «Кортекс А17». Офіційно «Кортекс А7» була представлена, як було зазначено раніше, в 2011 році. Ну а перший процесор ARM Cortex A7 побачив світ роком пізніше, тобто в 2012 році.

Технологія виробництва

Спочатку напівпровідникові продукти на основі А7 вироблялися по технологічних нормах 65 нм. Зараз ця технологія безнадійно застаріла. В подальшому були випущені ще два покоління процесорів А7 за нормами допуску вже 40 нм і 32 нм. Але і вони зараз вже стали неактуальними. Найбільш свіжі моделі ЦПУ на основі цієї архітектури виготовляються вже за нормами 28 нм, і саме їх поки ще можна зустріти в продажу. Подальший перехід на більш нові технологічні процеси з новими нормами допуску та застарілої архітектурою чекати навряд чи варто. Чіпи на базі А7 зараз займають найбільш бюджетний сегмент ринку мобільних пристроїв і їх поступово витісняють вже гаджети на основі А53 яка практично за тією ж енергоефективності параметрах має більш високий рівень швидкодії.

Архітектура мікропроцесорного ядра

124 або 8 ядер може входити до складу ЦП на базі ARM Cortex A7. Характеристики процесорів в останньому випадку вказують на те, що до складу чіпа входять, по суті, 2 кластери по 4 ядра. 2-3 роки процесорні продукти початкового рівня ґрунтувалися на чіпах з 1-або 2-ма обчислювальними модулями. Середній рівень займали 4-ядерні рішення. Ну а преміум-сегмент був за 8-ядерними чіпами. Кожне мікропроцесорне ядро на основі такої архітектури включало наступні модулі:

Б лок обробки чисел з плаваючою комою ( FPU).

Кеш 1-го рівня.

Блок NEON для оптимізації роботи ЦПУ.

Обчислювальний модуль ARMv7.

Також були наступні загальні компоненти для всіх ядер у складі ЦПУ:

Кеш L2.

Блок управління ядрами CoreSight.

Контролер шини керування даними АМВА з розрядністю 128 біт.

Можливі частоти

Максимальне значення тактової частоти для даної мікропроцесорної архітектури може змінюватися від 600 МГц до 3 ГГц. Також необхідно зазначити, що цей параметр, який вказує максимальний вплив на продуктивність обчислювальної системи, змінюється. Причому на частоту впливає відразу три фактори:

Рівень складності розв'язуваної задачі.

Ступінь оптимізації програмного забезпечення під багатопоточність.

Поточне значення температури напівпровідникового кристала.

В якості прикладу розглянемо алгоритм роботи чіпа МТ6582 який базується на А7 і включає 4 обчислювальних блоки, частота яких змінюється від 600 МГц до 13 ГГц. У режимі простою у цього процесорного пристрою може перебувати лише один блок обчислень, і він функціонує на мінімально можливою частотою 600 МГц. Аналогічна ситуація буде і в тому разі, коли буде запущено просте додаток на мобільному гаджеті. Але коли ж у списку завдань з'явитися дешева іграшка з оптимізацією під багатопоточність, то автоматично включаться в роботу всі 4 блоки обробки програмного коду на частоті 13 ГГц. По мірі нагріву ЦПУ найбільш гарячі ядра будуть знижувати значення частоти або навіть відключатися. З одного боку, такий підхід забезпечує енергоеффективнсть, а з іншого — прийнятний рівень швидкодії чіпа.

Кеш-пам'ять

Всього лише 2 рівня кеша передбачено в ARM Cortex A7. Характеристики напівпровідникового кристала, в свою чергу, вказують на те, що перший рівень в обов'язковому порядку розділений на 2 рівні половинки. Одна з них повинна зберігати дані, а інша — інструкції. Сумарний р азмер кеша на 1-му рівні за специфікацій може бути дорівнює 64 Кб. Як результат, отримуємо 32 Кб для даних і 32 Кб коду. Кеш 2-го рівня в цьому випадку буде завис е ть від конкретної моделі ЦПУ. Найменший обсяг його може бути дорівнює 0 Мб (тобто не бути), а найбільший — 4 Мб.

Контролер оперативної пам'яті. Його особливості

Вбудованим контролером оперативної пам'яті комплектується будь-який процесор ARM Cortex A7. Характеристики технічного плану вказують на те, що він орієнтований на роботу в зв'язці з ОПЕРАТИВНОЇ пам'яті стандарту LPDDR3. Рекомендовані частоти функціонування оперативної пам'яті в даному випадку рівні 1066 МГц або 1333 МГц. Максимальний же розмір ОПЕРАТИВНОЇ пам'яті, який можна зустріти на практиці, для даної моделі чіпа дорівнює 2 Гб.

Інтегрована графіка

Як і належить, дані мікропроцесорні пристрої мають інтегровану графічну підсистему. Компанія-виробник ARM рекомендує використовувати в поєднанні з цим ЦПУ графічну карту власної розробки Mali - 400MP2 . Але її продуктивності найчастіше недостатньо для того, щоб розкрити потенціал мікропроцесорного пристрою. Тому розробники чіпів застосовують у поєднанні з цим чіпом більш продуктивні адаптери, наприклад, Power VR6200.

Програмні особливості

Три види операційних систем націлене на процесори ARM:

Android від пошукового гіганта Google.

iOS від APPLE.

Windows Mobile від «Майкрософт».

Все інше системне програмне забезпечення поки що не отримало великого поширення. Найбільшу частку на ринку такого софту, як не складно здогадатися, займає саме Android. Ця система має простий і зрозумілий інтерфейс і пристрої на її основі початкового рівня є дуже і дуже доступними. До версії 4.4 включно вона була 32-бітної, а 5.0 стала підтримувати 64-розрядні обчислення. Ця ОС успішно функціонує на будь-якому сімействі ПРОЦЕСОРІВ архітектури RISC , в тому числі і ARM Cortex A7. Інженерне меню — це ще одна важлива особливість даного системного софту. З її допомогою можна суттєво змінити можливості ОС. Доступ же до цього меню можна отримати за допомогою коду, який для кожної моделі ЦПУ індивідуальний. Ще вона важлива особливість цієї ОС — установка всіх можливих оновлень автоматично. Тому навіть нові можливості можуть з'явитися на чіпах сімейства ARM Cortex A7. Прошивка їх може додати. Друга система націлена на мобільні гаджети компанії APPLE. Такі пристрої в основному займають преміум — сегмент і мають відповідні рівні швидкодії і вартість. Остання ОС в особі Windows Mobile поки не отримала великого поширення. Пристрої на її основі є в будь-якому сегменті мобільні гаджети, але ось мала кількість прикладного софту в даному випадку є стримуючим чинником для її поширення.

Моделі процесорів

Найбільш доступними і найменш продуктивними в цьому випадку є 1-ядерні чіпи. Найбільше поширення серед них отримав МТ6571 від компанії Медіатек. На сходинку вище знаходяться двоядерні ПРОЦЕСОРИ ARM Cortex A7 Dual Core. В якості прикладу можна навести МТ6572 від все того ж самого виробника. Ще більший рівень швидкодії забезпечували Quad Core ARM Cortex A7. Найбільш популярним чіпом з цього сімейства є МТ6582 який зараз навіть можна зустріти в мобільних гаджетах початкового рівня. Ну а найбільший рівень швидкодії забезпечували 8-ядерні центральні процесори, до яких належав МТ 6595.

Подальші перспективи розвитку

Поки ще можна зустріти на прилавках магазинів мобільні пристрої в основі яких лежить напівпровідникове процесорний пристрій на базі 4X ARM Cortex A7. Це і МТ6580 МТ6582 і «Снапдрагон 200». Всі ці чіпи включають 4 обчислювальних блоку і мають відмінний рівень енергоефективності. Також вартість в цьому випадку дуже і дуже скромна. Але все ж кращі часи це мікропроцесорної архітектури вже позаду. Пік продажів продукції на її основі припав на 2013-2014 роки, коли на ринку мобільних гаджетів у неї практично не було альтернативи. Причому в цьому випадку мова йде як про бюджетних пристроях з 1 або 2 обчислювальними модулями, так і з флагманськими гаджетами з 8-ядерних ПРОЦЕСОРІВ. На поточний момент її поступово витісняє з ринку «Кортекс А53», яка по суті є модифікованою 64-бітною версією А7. При цьому основні переваги своєї попередниці вона зберегла цілком і повністю, і майбутнє вже точно за нею.

Думка експертів і користувачів. Реальні відгуки про чіпах на базі цієї архітектури. Сильні і слабкі сторони

Безумовно, знаковою подією для світу мобільних пристроїв стала поява архітектури мікропроцесорних пристроїв ARM Cortex A7. Найкращим доказом цього стало те, що пристрої на його базі вже успішно продаються більше 5 років. Звичайно, зараз вже можливостей ЦПУ на основі А7 вже недостатньо навіть для вирішення завдань середнього рівня, але от найбільш простий програмний код на таких чіпах і донині успішно функціонує. У перелік такого софта входить відтворення відео, прослуховування аудіозаписів, читання книг, веб-серфінг і навіть найбільш прості іграшки в цьому випадку запустяться без особливих проблем. Саме на цьому акцентують увагу на провідних тематичних порталах, присвячених мобільним гаджетів і девайсів як провідні фахівці такого плану, так і звичайні користувачі. Ключовою мінус А7 — це відсутність підтримки 64-бітних обчислень. Ну а до основних плюсів її можна віднести ідеальне поєднання енергоефективності та продуктивності.

Підсумки

Безумовно, архітектура ARM Cortex A7 — це ціла епоха в світі мобільних пристроїв. Саме з її появою мобільні пристрої стали доступними і досить продуктивними. І один той факт, що вона вже більше 5 років успішно продається, зайве тому підтвердження. Але якщо спочатку гаджети на її базі займали середній і преміум сегменти ринку, то зараз за ними залишився лише бюджетний клас. Ця архітектура застаріла і поступово йде в минуле.