64 бита в смартфонах и планшетах: есть ли польза?
Скоро смартфоны и планшеты станут мощнее: в устройствах высшего и среднего класса появляются 64-разрядные процессоры. CHIP рассказывает об их преимуществах.
Что общего у iPhone 6, Nexus 9 и HTC Desire 510? Все три устройства оснащены 64-разрядными процессорами. Если на рынке настольных компьютеров переход с 32-битной на 64-битную архитектуру уже давно завершился, то среди мобильных гаджетов этот процесс только начинается.
64-разрядные процессоры могут взаимодействовать более чем с 4 Гбайт ОЗУ, однако в современных смартфонах и планшетах пока используется не более 3 Гбайт. Преимущества, обеспечиваемые 64-битным мобильным процессором, другие, и далее мы о них расскажем.
Технически 64-разрядная архитектура означает, что процессор за один такт может одновременно обрабатывать восемь байтов (64 бита) информации, 32-разрядная же система работает с четырьмя байтами за такт. Уже только данная особенность сама по себе является большим преимуществом.
Например, производители смогут намеренно занижать тактовую частоту процессора: скорость работы смартфонов при этом не упадет (с оговорками, о которых рассказано ниже), зато значительно уменьшится энергопотребление.
Чтобы обеспечить 64-разрядный процессор необходимым количеством данных, нужно принять во внимание некоторые другие факторы. Так как информация передается на процессор через шины, каждая из них тоже должна иметь ширину в 64 бита.
Удвоение вычислительной мощности
Определяющим фактором для 64-битной тенденции в мире мобильных устройств стало решение ARM (разработчика архитектуры большинства всех мобильных процессоров) перейти с архитектуры ARMv7 на 64-разрядную архитектуру ARMv8. Первым же 64-битным ARM-процессором является чип Apple A7, который установлен в смартфоне iPhone 5s.
Продукты конкурентов, где реализована архитектура ARMv8, не заставили себя долго ждать. Сейчас на рынке появляются 64-разрядные однокристальные системы от Qualcomm и других. Но осуществить переход на 64 бита в сжатые сроки невозможно, поскольку в настоящее время подавляющее количество смартфонов и планшетов оснащены 32-разрядными процессорами и операционными системами. Ни одно из стандартных 32-разрядных приложений в «чистой» 64-разрядной среде работать не будет, поэтому ARM внедрила в ARMv8 своего рода мост между обеими архитектурами: 32-разрядные приложения запускаются в 32-разрядном режиме, операционная система и 64-разрядные приложения — в 64-разрядном, причем пользователь этого совершенно не замечает.
Характеристики некоторых новых мобильных чипов
Ассортимент 64-разрядных систем на кристалле (SoC) растет. Мы рассказываем, на что способны эти новые мобильные процессоры.
| Система на чипе | Exynos 7 Octa | MT6735 | Snapdragon 615 | Snapdragon 810 | Snapdragon 410 | Tegra K1 | A8X | A8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Разработчик | Samsung | Mediatek | Qualcomm | Qualcomm | Qualcomm | NVIDIA | Apple | Apple |
| Дата выхода | уже на рынке | начало 2015 г. | уже на рынке | середина 2015 г. | уже на рынке | уже на рынке | уже на рынке | уже на рынке |
| Пример устройства | Galaxy Note 4 | нет | HTC Desire 820 | нет | HTC Desire 510 | Nexus 9 | iPad Air 2 | iPhone 6 |
| Процессор (частота) | Cortex A57 (1,9 ГГц), Cortex A53 (1,3 ГГц) | Cortex A53 (1,5 ГГц) | Cortex A53 (1,8 и 1 ГГц) | Cortex A57, Cortex A53 | Cortex A53 (1,2 ГГц) | Denver (2,5 ГГц) | Cyclone 2 (1,5 ГГц) | Cyclone 2 (1,5 ГГц) |
| Количество ядер CPU | 8 | 4 | 8 | 8 | 4 | 2 | 3 | 2 |
| Архитектура | ARMv8 | ARMv8 | ARMv8 | ARMv8 | ARMv8 | ARMv8 | ARMv8 | ARMv8 |
| ОЗУ | LPDDR3 800 | LPDDR3 800 | LPDDR3 800 | LPDDR4 1600 | LPDDR3 533 | LPDDR3 933 | LPDDR3 1333 | LPDDR3 1333 |
| Видеоядро | Mali-T760 | Mali-T720 | Adreno 405 | Adreno 430 | Adreno 306 | Kepler | PowerVR GX6650 | PowerVR GX6450 |
| Техпроцесс | 20 нм | 28 нм | 28 нм | 20 нм | 28 нм | 28 нм | 20 нм | 20 нм |
Совместимость со всеми приложениями
В ARMv8 на адресацию ОЗУ из 64 битов используется 48, то есть новая архитектура способна взаимодействовать с 256 Тбайт памяти. Но самым большим преимуществом ARMv8 является 64-разрядный набор команд A64. Разработчики основательно переделали ARMv7, избавившись от всего лишнего, что препятствовало достижению оптимальной скорости работы. Длина всех команд теперь составляет ровно 32 бита, так что в 64-разрядном командном слове теперь можно комбинировать две команды.
В ARMv7 допускается различная длина команд — звучит лучше, но на практике это вызывает дополнительную нагрузку на процессор при декодировании команд.Так как отныне длина всех команд составляет 32 бита, их обработка занимает меньше времени. Благодаря постоянной длине команд прогноз условных переходов в исполняемой команде выполняется проще, и кроме того, он меньше подвержен ошибкам.
ARM снабдила 64-разрядную архитектуру немалым количеством регистров. Регистров общего назначения и регистров с плавающей точкой теперь в два раза больше, благодаря чему увеличивается производительность. От этого в первую очередь выигрывают различные ресурсоемкие приложения, а также фоновые динамические JIT-компиляторы, преобразующие байт-код в машинный язык непосредственно во время работы программы. Благодаря этому увеличивается скорость работы веб-программ, активно использующих JavaScript.
Не отстает ARMv8 и в вопросах безопасности: архитектура добавляет аппаратное шифрование AES и поддержку алгоритмов хеширования SHA-1 и SHA-256.
Сравнение архитектур ARMv7 и ARMv8
| ARMv8 | ARMv7 | |
|---|---|---|
| Архитектура | 64 бита (AArch64) | 32 бита (AArch32) |
| Набор команд | А64 | А32 |
| Поддержка 32-/64-разрядного ПО | да/да | да/нет |
| Разрядность регистра | 64 бита | 32 бита |
| Регистры общего назначения, шт. | 31 | 16 |
| Регистры с плавающей точкой, шт. | 31 | 14 |
| Длина команды | 32 бита | непостоянная |
| Объем физического адресного пространства/адресуемая ОЗУ | 48 бит/ 256 Тбайт | 40 бит/ 1 Тбайт |
| Объем виртуального адресного пространства/адресуемая ОЗУ | 64 бита/ 16 Эбайт | 32 бита/ 4 Гбайт |
| Шифрование | да | нет |
Однако воплощение 64-разрядной архитектуры в технической составляющей — это только половина дела, на практике также нужна поддержка со стороны операционной системы и приложений. Хорошая новость для пользователей: в iOS 8 и Android 5.0 эта функция уже есть. Apple нащупывает почву и в Apple Store. Так, в новые приложения, которые будут выгружаться в магазин с 1 февраля 2015 года, в обязательном порядке должна быть включена поддержка 64-разрядной архитектуры.
Фото: компании-производители; Инфографика: Doreen Heimann