CPU – ARM - Cortex

CPU A4, A5 ของ Apple, Tegra2, Snapdragon, OMAP, คุณรู้ไหมครับว่า CPU พวกนี้แท้จริง แล้วก็ถูกสร้างมาด้วยพื้นฐานสถาปัตยกรรม เดียวกันชื่อว่า ARM … แล้ว ARM คืออะไร ARM ย่อมาจาก Advanced RISC Machine แปล เป็นไทยได้ว่า เครื่องกล RISC แบบล้ำหน้า แล้ว RISC คืออะไร

ในโลกของการออกแบบ CPU นั้นจะมีอยู่ 2 แบบใหญ่ๆคือ RISC และ CISC CISC ย่อมาจาก Complex Instruction Set Computer คือ CPU ที่เวลาเราป้อนคำสั่งไป 1 คำสั่ง มันสามารถทำงานได้หลายอย่าง เช่น 1 คำสั่งที่ส่งไป ทำให้ CPU โหลดข้อมูลจาก memory, ทำการคำนวณ และก็เก็บผลลัพท์ กลับไปไว้ใน memory ได้, ตัวอย่าง CPU ที่ เป็นแบบ CISC ก็คือ CPU ของ Intel ทั้งหมดที่ใช้ สถาปัตยกรรมแบบ x86

RISC คือ Reduced Instruction Set Computer เป็น CPU ที่เกิดขึ้นภายหลัง โดยการออกแบบนั้น จะเน้นที่การลดจำนวนชุดคำสั่งลง คำสั่งแต่ละ คำสั่งทำงานได้ 1 อย่างเท่านั้น และมีเพียง เฉพาะคำสั่ง load และ store ที่สามารถติดต่อกับ memory ภายนอกได้ (RAM) ชุดคำสั่งที่เหลือจะ ติดต่อกับ Register (memory ภายในตัว CPU) เท่านั้น … จากแนวคิดนี้ ทำให้ CPU แบบ RISC สามารถออกแบบได้ง่ายขึ้น สามารถออกแบบให้ มีประสิทธิภาพได้สูงสุด และที่สำคัญทำให้ จำนวนทรานซิสเตอร์ที่อยู่ภายในน้อยลงอย่าง มากเมื่อเทียบกับ CISC เลยเป็นผลทำให้ RISC กินไฟน้อยและมีขนาดเล็ก … แต่ก็มีข้อเสียคือ การเขียนโปรแกรมจะยุ่งยากกว่าเพราะต้องเขียน คำสั่งมากกว่า และ Complier ก็จะซับซ้อนกว่า

ARM ทำการออกแบบ CPU โดยใช้ สถาปัตยกรรม RISC เป็นหลักและได้เพิ่มเติม ความสามารถบางอย่างเข้าไปเพื่อให้ทำการกับ Hardware อันอื่นได้สูงสุด เขียนโปรแกรมแบบ loop ได้ง่ายขึ้น ( ด้วยความที่ ARM CPU เป็น CPU ที่กินไฟน้อย จึงทำให้มันโด่งดังในตลาด อุปกรณ์เคลื่อนที่ต่างๆ, ในปี 2005 ประมาณ 98% ของมือถือทั้งหมดที่ขายทั้งปี (1000 ล้าน เครื่อง ) ต้องมี ARM CPU อย่างน้อยหนึ่ง อัน อุปกรณ์เคลื่อนที่อื่นๆก็ใช้ ARM CPU อย่าง แพร่หลาย เช่น PDA, Tablet, เครื่องเล่น mp3, เครื่อง เล่นเกมส์ แบบพกพา เครื่องคิด เลข hard disk และ Router

ARM CPU นั้นถูกพัฒนาโดยบริษัทชื่อว่า ARM ( บริษัทแม่อยู่ที่อังกฤษ ) ที่ทำการพัฒนาและ ออกแบบ CPU อย่างเดียว ไม่ได้ทำการผลิตเอง แต่จะถ่ายทอดสถาปัตยกรรม ARM CPU และ ขายใบอนุญาติใช้สิทธิบัตรไปยังบริษัท อื่นๆ เช่น Apple, Intel, LG, Marvell Technology Group, Microsoft, Nintendo, Nvidia, Sony, NXP, Qualcomm, Samsung, Sharp, Texas Instrument, …

ARM Roadmap ถ้าใครเคยได้ยินว่า CPU ตัวนั้นเป็น Cortex-A8 ( เช่น A4 ของ Apple) เป็น Cortex A9 ( เช่น A5) คุณ จะได้รายละเอียดมากขึ้นเช่น Cortex-A9 สามารถ สร้างได้เป็น 1 ถึง 4 core สามารถมีความเร็วได้ สูงสุด 2 GHz

บริษัทเด่นๆที่เอา สถาปัตยกรรม ARM ไป พัฒนาและผลิต CPU 1. NviDia: ออกแบบและผลิต CPU เอง เช่น Tegra2 ( ดังมาก ถูกใช้ใน tablet เกือบทุกตัวที่ ไม่ใช่ I Pad ในปี 2011), Tegra3 เป็น Quad core ตัวแรกในโลก, และตอนนี้ Kal-El ก็กำลังเป็น Quad core ตัวฮิต

2. Apple: เคยให้ Samsung ออกแบบและผลิต ARM CPU ให้, แต่ภายหลัง Apple ก็ซื้อกิจการ ของบริษัท Intrinsity ซึ่งเป็นบริษัทออกแบบ ARM CPU ให้ Samsung และให้ Intrinsity ออกแบบ CPU ของ Apple เอง ชื่อว่า A4, A5, … ให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ของ Apple มากขึ้น แต่ ก็ยังให้ Samsung เป็นผู้ผลิตอยู่ 3. Samsung: ออกแบบและผลิต CPU เอง, ตัว ดังๆก็ hummingbird คล้ายกับ A8 ของ Apple มาก

4. Qualcomm: CPU ตระกูล Snapdragon

5. Texas Instruments: CPU ตระกูล OMAP, เช่น OMAP3, OMAP4, OMAP5 ( ตัวล่าสุดเป็น Quad- core ใช้เทคโนโลยี Cortex-A15 และ Cortex M4 จาก ARM) อนาคตของ ARM CPU Nvidia ตอนนี้ถือได้ว่ามาแรงแบบสุดๆเป็นผู้นำ ในการออกแบบและผลิต CPU แบบ ARM, CEO ของ Nvidia ได้ให้สัมภาษณ์ในงาน Asia-D ไว้ อย่างชัดเจนถึง พื้นฐาน ARM CPU และอนาคต ของมันไว้ว่าสัมภาษณ์ในงาน Asia-D

ARM CPU นั้นกินไฟน้อย แบ่งได้เป็นสองแบบ 1. กินไฟระดับ mW ถึง 1 W ใช้ใน Smart phone ต่างๆ 2. กินไฟระดับ 5-7 W ใช้ใน Tablet ต่างๆ แต่ในอุปกรณ์กินไฟมากๆอย่างเช่น notebook, หรือ ultrabook ที่กินไฟอย่างต่ำ 18W (Macbook Air) ตอนนี้ไม่ สามารถใช้กับ ARM ได้ … nVidia มีแผนที่จะผลิต CPU สำหรับตลาดนี้โดยเฉพาะ โดยหวังว่าจะผลิต ARM CPU ที่ เป็น 64 บิตกินไฟประมาณ 10W ชื่อว่า Denver ( ต่อจาก Stark) ดังนั้นช่วงนี้เราจะเห็นข่าวดังๆอย่าง - Server เริ่มหันมาใช้ ARM CPU เพราะประหยัดไฟ มากกว่า - Supercomputer จะใช้กับ ARM ได้ - และ Microsoft ก็เริ่มหันมาสนใจ ARM โดยกำลังพัฒนา Windows8 ให้สามารถใช้งานกับ ARM ได้ - Apple ในอนาคตมีแนวโน้มว่าจะใช้ ARM CPU ใน notebook ของ Apple เมื่อ ARM CPU เป็น 64 บิต (PowerPC CPU ที่ Apple เคยใช้เป็น RISC)