モバイルプロセッサの戦いにおいて、ARM、Intel、MIPS の違いはどれくらい大きいのでしょうか?

Android は、ARM、Intel、MIPS の 3 種類のプロセッサ (CPU) をサポートしています。 ARM は間違いなく最も広く使用されています。 Intel はデスクトップやサーバーでの人気でよく知られていますが、モバイル業界での影響力は比較的小さいです。 MIPS は 32 ビットおよび 64 ビットの組み込み分野で長い歴史を持ち、かなりの成功を収めていますが、Android の現在の採用率は 3 つの中で最も低いです。つまり、ARM が勝者となり、Intel が ARM の最強の競争相手となったのです。では、ARM プロセッサと Intel プロセッサの違いは何でしょうか? ARM がなぜ人気があるのでしょうか?スマートフォンやタブレットがどのプロセッサを使用しているかは重要ですか?プロセッサ (CPU)中央処理装置 (CPU) は、スマートデバイスの頭脳です。その役割は、一連の命令を実行してディスプレイ、タッチスクリーン、モデムなどのデバイスを駆動し、プラスチックと金属の混合物の塊を光沢のあるスマートフォンやタブレットに変えることです。モバイルデバイスは複雑で、ユーザーが望む動作を実行するためには何百万行もの命令を実行する必要があるプロセッサを備えています。速度と電力消費はプロセッサにとって重要です。速度はユーザーエクスペリエンスに影響し、電力消費はバッテリー寿命に影響します。完璧なモバイルデバイスには、優れたパフォーマンスと低消費電力が求められます。これがプロセッサの選択が重要である理由です。電力を大量に消費し、応答しないプロセッサはバッテリーを急速に消耗しますが、高度で効率的なプロセッサは高いパフォーマンスと長いバッテリー寿命を実現します。一般的に、 ARM プロセッサと Intel プロセッサの最初の違いは、前者は縮小命令セット (RISC) を使用するのに対し、後者は複雑命令セット (CISC) を使用することです。簡単に言えば、縮小された命令セットはより小さく、アトミック操作に近いのに対し、複雑な命令セットはより大きく、より複雑です。いわゆるアトミック操作とは、2 つのレジスタを追加するなど、各命令の作業をプロセッサが 1 回の操作で完了できることを意味します。複雑な命令セットの命令は特定の意図を記述しますが、プロセッサはこの意図を実現するために 3 つまたは 4 つのより単純な命令を実行する必要があります。たとえば、複雑な命令セットプロセッサに、2 つの数値を加算し、その結果をメインメモリに格納するように指示することができます。このコマンドを完了するために、プロセッサは最初にアドレス 1 から最初の数値を取得し (操作 1)、次にアドレス 2 から別の数値を取得し (操作 2)、それらを合計します (操作 3)。最新のプロセッサはすべて、マイクロ命令と呼ばれる概念を使用します。マイクロ命令は、プロセッサが実行できるアトミック操作を記述するプロセッサ内部の命令セットです。 ICU は実際には 3 つのマイクロ命令を実行します。縮小命令セットプロセッサの場合、その命令はマイクロ命令に非常に近いですが、複雑な命令セットプロセッサの命令は、まずいくつかのよりコンパクトなマイクロ命令に変換する必要があります (前述の複雑な命令セットプロセッサが加算を実行する例と同様)。つまり、縮小命令セットプロセッサのデコーダ (プロセッサに何を実行するかを指示する役割) ははるかに単純化されており、単純化は高効率と低消費電力を意味します。製造プロセスARM プロセッサと Intel プロセッサのもう 1 つの大きな違いは、ARM が常に低電力プロセッサのみを設計していることです。彼らの目標は低電力プロセッサを設計することであり、それが彼らの強みです。 Intel の強みは、超高性能のデスクトップおよびサーバープロセッサの設計であり、同社はそれをうまく実現しています。 Intel はデスクトップサーバー業界のリーダーです。過去 20 年間、私のすべての PC、ラップトップ、サーバー (1 台を除く) は Intel プロセッサーを搭載していました。しかし、モバイル業界に参入した際、Intel は依然としてデスクトップコンピュータと同じ複雑な命令セットアーキテクチャを使用し、それをモバイルデバイス用のより小型のプロセッサに詰め込もうとしました。 Intel i7 プロセッサの平均放熱量は 45 ワットです。 ARM ベースのシステムオンチップ (グラフィックプロセッサを含む) の最大瞬間ピーク発熱率は約 3 ワットで、これは Intel i7 プロセッサの約 1/15 です。インテルは現在、多くの優秀な人材を雇用する巨大企業です。最新の Atom シリーズプロセッサは ARM プロセッサと同様の温度制御設計を採用しており、Intel は最新の 22nm 製造プロセスを使用する必要があります。一般的に言えば、製造プロセスのナノメートルが小さくなるほど、エネルギー使用の効率が高まります。 ARM プロセッサは製造プロセスが低く、同様の温度制御効果があります。たとえば、Qualcomm の Snapdragon 805 プロセッサは 28nm 製造プロセスを使用しています。 64ビット 64 ビットコンピューティングに関しても、ARM と Intel には大きな違いがいくつかあります。 Intel が x86 命令セットの 64 ビットバージョンを開発しなかったことをご存知ですか? x86-64 (x64 と略される場合もあります) と呼ばれるこの 64 ビット命令セットは、実際には AMD によって設計および開発されました。経緯はこうです。Intel は 64 ビットコンピューティングを実現したいと考えていましたが、64 ビットアーキテクチャが自社の 32 ビット x86 アーキテクチャから進化した場合、新しいアーキテクチャは非常に非効率になることを認識していたため、IA64 と呼ばれる新しい 64 ビットプロセッサプロジェクトを立ち上げました。これにより、Itanium シリーズのプロセッサが誕生しました。同時に、AMD は IA64 と互換性のあるプロセッサを作成できないことを認識していたため、x86 を拡張し、64 ビットアドレッシングと 64 ビットレジスタを追加しました。その結果生まれたアーキテクチャは AMD64 と呼ばれ、x86 プロセッサの 64 ビットバージョンの標準となりました。 IA64 プロジェクトは成功とはみなされず、現在では基本的に放棄されています。 Intel は最終的に AMD64 を採用しました。 Intel の現在のモバイルソリューションは、AMD が開発した 64 ビット命令セット (若干の違いあり) を使用する 64 ビットプロセッサです。 ARM のストーリーはまったく異なります。モバイルデバイスでの 64 ビットコンピューティングの必要性を認識した ARM は、次世代の ARM 命令セットアーキテクチャに関する数年にわたる取り組みの集大成として、2011 年に ARMv8 64 ビットアーキテクチャをリリースしました。 ARMv8 では、オリジナルの原理と命令セットに基づいて簡潔な 64 ビットアーキテクチャを開発するために、AArch32 と AArch64 の 2 つの実行モードを使用します。名前が示すように、1 つは 32 ビットコードを実行し、もう 1 つは 64 ビットコードを実行します。 ARM の設計の巧妙な点は、プロセッサが動作中に 2 つのモード間をシームレスに切り替えることができることです。これは、プロセッサが下位互換性を維持しながら、64 ビット命令のデコーダーが 32 ビット命令を考慮することなく完全に再設計されることを意味します。異機種コンピューティングARM の big.LITTLE アーキテクチャは、Intel が当面再現できないイノベーションです。 big.LITTLE アーキテクチャでは、プロセッサはさまざまなタイプにすることができます。従来のデュアルコアまたはクアッドコアプロセッサには、同じ 2 つのコアまたは 4 つのコアが含まれています。デュアルコア Atom プロセッサには、同じパフォーマンスを提供し、同じ電力を使用する 2 つの同一のコアがあります。 ARM は、big.LITTLE を通じてモバイルデバイスに異種コンピューティングを導入しました。つまり、プロセッサ内のコアのパフォーマンスと消費電力は異なる場合があります。デバイスが正常に動作しているときは低電力コアが使用され、複雑なゲームを実行しているときは高性能コアが使用されます。これはどのように達成されるのでしょうか?プロセッサを設計する際には、プロセッサのパフォーマンスと消費電力を決定する多数の技術設計を考慮する必要があります。 Intel プロセッサと ARM プロセッサはどちらも、命令がデコードされ実行の準備が整うときにパイプラインを使用します。つまり、デコード処理は並列に行われます。最初のステップはメモリから命令を読み取ること、2 番目のステップは命令をチェックしてデコードすること、3 番目のステップは命令を実行することであり、このサイクルが繰り返されます。パイプラインの利点は、現在の命令が 2 番目のステップにあるときに、次の命令がすでに 1 番目のステップにあることです。現在の命令が 3 番目のステップで実行されると、次の命令は 2 番目のステップにあり、その次の命令は 1 番目のステップにあり、というように続きます。命令をより速く実行するために、これらのパイプラインは、命令をプログラムの順序どおりに実行しないように設計できます (アウトオブオーダー実行)。いくつかの巧妙なロジック構造は、次の命令が現在の命令の結果に依存するかどうかを判断できます。 Intel と ARM はどちらも、アウトオブオーダー実行ロジック構造を提供します。ご想像のとおり、この構造は非常に複雑です。複雑になると、消費電力も増加します。 Intel プロセッサでは、アウトオブオーダーロジック構造を追加するかどうかを選択できます。異機種コンピューティングでは、このような不便な問題はありません。 ARM Cortex-A53 はインオーダー実行を使用するため、消費電力が低くなります。 ARM Cortex-A57 はアウトオブオーダー実行を使用するため、高速ですが消費電力は多くなります。 big.LITTLE アーキテクチャを使用するプロセッサは、Cortex-A53 コアと Cortex-A57 コアの両方を搭載でき、特定のニーズに基づいてこれらのコアの使用方法を決定できます。バックグラウンドで電子メールを同期する場合、高速なアウトオブオーダー実行は必要ありません。これは、複雑なゲームをプレイする場合にのみ必要です。適切なコアを適切なタイミングで使用します。原則として、プロセッサ内のロジック構造が複雑になればなるほどパフォーマンスは向上し、ロジック構造が少ないほど効率は向上します。命令パイプラインは、浮動小数点ユニット、単一命令複数データロジック (SIMD) (ARM の NEON や Intel の SSE/MMX など)、第 1 レベルキャッシュ、第 2 レベルキャッシュなど、その 1 つにすぎません。 Intel は各 Atom システムオンチップに対して 1 つのソリューションのみを提供していますが、ARM とそのチップパートナーが提供するチップは複数の方法で構成できます。互換性ARM は現在、モバイルプロセッサのリーダーです。 ARM のパートナーは、モバイルおよび組み込み市場向けに 500 億個の ARM ベースの設計を出荷しました。 Android では ARM が標準となり、Intel と MIPS にとっては問題となっています。 Android の主なプログラミング言語は Java ですが、開発者は既存のコード (C や C++ など) を使用してアプリケーションを開発することもできます。これらの固定プラットフォームアプリケーションは通常、ARM プロセッサ用のプログラムにコンパイルされますが、すべてが Intel または MIPS プロセッサ用のプログラムにコンパイルされるわけではありません。この問題を解決するために、Intel と MIPS は特別な変換ソフトウェアを使用して、ARM 命令を自社のプロセッサで使用される命令に変換します。もちろん、これによりパフォーマンスは低下します。現在、MIPS と Intel は、Play ストアのアプリケーションの約 90% と互換性があると主張しています。最も人気のある 150 個のアプリの互換性率は 100% です。一方で、互換性率は非常に高く、他方では ARM の優位性を示しており、他のプロセッサ設計者に互換性レイヤーを提供することを求めています。要約する 製造加工業者は複雑なビジネスです。 ARM、Intel、MIPS はいずれも、モバイルデバイスに最高のテクノロジを提供するためにたゆまぬ努力を続けており、ARM が明らかにリーダーです。低消費電力、クリーンな 64 ビット設計、異種コンピューティング、そしてモバイルコンピューティングの標準であることから、ARM は優位性を維持できそうです。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。

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