Keď firma Apple predstavila svoj plán ako opustí procesory od Intelu a začne vyrábať vlastné, mnoho ľudí ostalo prekvapených, a zároveň tento krok dával úplný zmysel [1]. Procesory Intel neprinášali inovácie dostatočne rýchlo, 10nm litografia bola neustále posúvaná do budúcnosti, a AMD s ich „chiplet“ designom bol nielen rýchlejší a lacnejší na výrobu [2], ale tieto čipy mali aj menšiu spotrebu energie [3]. Apple začal vyrábať svoje procesory na báze ARM, a prvá generácia týchto čipov (M1) bola predstavená v roku 2020. Okamžite začali zbierať úspechy, najmä vďaka skvelému výkonu natívnych aplikácií, nevídanej výdrže batérie v laptopoch, a aj vďaka emulačnej vrstve, vďaka ktorej bolo možné spustiť aplikácie vyrobené pre Mac počítače, ktoré ešte mali Intel procesory na x86 architektúre [4]. Apple tým dosiahlo to, o čom sníva každý výrobca počítačov – úplnú vertikálnu integráciu.

ARM ale nie je žiadna nová technológia, tieto čipy sú mimoriadne populárne v mobilných zariadeniach, kde je dôležitá najmä výdrž batérie a maximálny výkon je druhoradý. Taktiež tieto zariadenia nezvyknú byť zaťažované náročnými aplikáciami, preto sa odpúšťa nižšia flexibilita vývoja aplikácií. ARM procesory taktiež vedia úspornejšie využívať dostupné zdroje v tom zmysle, že na jednu činnosť nepotrebujú vysoké množstvo tranzistorov, prenechávajúc viac dostupných zdrojov pre ďalšie funkcie. To je mimoriadne dôležité pre telefóny a tablety, ktoré sú neustále na príjme. [5]

RISC vs. CISC

Je síce možné boj x86 proti ARM charakterizovať aj ako boj medzi RISC a CISC, ale je to trochu krátkozraké delenie, keďže x86 a ARM sú omnoho väčšie celky, v podstate sa jedná o dve rodiny architektúr, na ktoré sa lepia ďalšie a ďalšie prvky. Ale tento fundamentálny rozdiel ich charakterizuje natoľko, že stojí za to sa naň bližšie pozrieť.

Complete Instruction Set Computers je základná architektúra, na ktorej funguje x86. Jedná sa o súbor základných inštrukcií v procesore, kde je cieľom splniť zadanú úlohu s čo najmenším počtom inštrukcií. Mnohé inštrukcie majú v sebe zabudovaných viacero krokov pre zjednodušenie a zrýchlenie definovania úlohy. Tieto inštrukcie však mnohokrát trvajú dlhšie než jeden cyklus. Tento set najviac zaťažuje práve cykly procesora, nevyžaduje veľkú pamäť na prácu s registrami.

Reduced Instruction Set Computers je opak CISC. Táto architektúra naberá čoraz väčšiu popularitu a pracuje s ňou aj ARM. Tu nie sú komplexné inštrukcie, každá inštrukcia je vybavená za jeden cyklus. Na druhej strane, potrebný počet inštrukcií na splnenie jednej úlohy je vyšší než v prípade CISC, ale časovo sú si dané úlohy veľmi podobné. Ďalšou nevýhodou je to, že tento prístup vyžaduje veľkú a rýchlu pamäť na prácu s registrami. Druhou stranou mince je menšia záťaž tranzistorov, umožňujúc lepšiu paralelizáciu úloh, keďže je vždy viac tranzistorov dostupných. [6]

SOC a (ne)možnosť zmeny špecifikácie

Veľká väčšina zariadení, najmä mobilné zariadenia a Apple M1 zariadenia nepoužívajú len CPU, ale SoC (system on chip). V tomto balíku je okrem CPU jednotky obsiahnutá aj pamäť RAM, rôzne I/O moduly, aj GPU a ďalšie menšie jednotky. V prípade M1 Pro sa jedná napríklad o špeciálne procesorové jadrá pre AI úlohy, či procesor na spracovanie ProRes videa a ďalších video kodekov (Media engine). [7] Tieto čipy v sebe majú aj procesor pre úložisko, čo spôsobilo kontroverziu pri vydaní desktopového počítača Mac Studio, ktorý mal SSD disk pripojený na matičnej doske pomocou štandardného rozhrania M.2. To vzbudilo najprv radosť v tech komunite, keďže sa mnohí ľudia radovali, že koncový používateľ bude môcť vymeniť základné SSD za svoje. Keď sa prvé počítače dostali do rúk tejto komunity, tak sa radosť zmenila na hnev, pretože síce v danom M.2 porte bol zapojený SSD disk, avšak chýbal tam práve už spomínaný procesor, ktorý je integrovaný v M1 SoC, a nie priamo na disku, ako je bežné. A ani bežné SSD disky v tomto počítači nefungujú, jedine ak sú pripojené cez I/O porty. [8]

To vzbudzuje otázky ohľadom presunu na ARM aj pre desktopové počítače a laptopy, kde dominuje x86. V klasickom počítači je úplne bežné, že úložisko, pamäť RAM, CPU a GPU sú vymeniteľné časti, ktoré si vie užívateľ poskladať podľa svojej potreby. SoC ide úplne proti tejto filozofii a obmedzuje zákazníka len na niekoľko preddefinovaných riešení, ktoré nemusia vyhovovať jeho požiadavkám, a zároveň nie je možné ich jednoducho upraviť, ak sa požiadavky užívateľa náhle zmenia, a to bez úplnej výmeny zariadenia za nové, čo môže potenciálne vytvoriť veľké množstvo elektronického odpadu.

big.LITTLE ako hybrid medzi x86 a ARM

Mnoho ARM procesorov má niekoľko jadier, avšak nie všetky sú rovnaké. Architektúra big.LITTLE rozdeľuje jadrá na menšie, slabšie, úspornejšie jadrá, ktorých úlohou je starať sa o ľahké úlohy, beh operačného systému a šetriť energiu. [9] Ostatné jadrá sú väčšie a výkonnejšie, tie sa zapájajú v prípade ak je potrebný maximálny výkon s malým ohľadom na spotrebu energie. Väčšinou je v procesore viac malých jadier, počet veľkých jadier rastie spolu s výkonom procesora. Procesory M1 od Apple v základnej konfigurácii ponúkajú 4 veľké jadrá a 4 malé jadrá, v najvyššej konfigurácii M1 Ultra je k dispozícii 16 veľkých jadier a 4 malé jadrá. [10]

big.LITTLE bola výsada ARM procesorov až do roku 2021, kedy Intel predstavil 12. generáciu procesorov Intel Core, po menších (a neúspešných) pokusoch spred niekoľkých rokov. Tieto procesory sú postavené na x86 architektúre, a zároveň ponúkajú systém menších a väčších jadier, čo umožňuje podobne efektívny manažment energie a potenciálne účinnejšiu prevádzku, čo je výsadou práve ARM procesorov. [11] Tieto procesory sú v mnohých ohľadoch najvýkonnejšie na trhu, rýchlejšie než procesory od AMD, ktoré používajú tradičný systém jadier, ale inú technológiu výroby. Nanešťastie Intel mal za cieľ len maximálny výkon, bez ohľadu na spotrebu energie. [12] [13]

Windows on ARM a budúcnosť

Keď prišiel na svet Apple Silicon, tak sa mnohí pýtali, či je možné na týchto počítačoch spustiť Windows. Nie je to možné natívne, je to možné len cez virtual machine, napríklad pomocou Parallels. [14] A aj s takýmto obmedzením bol Apple Silicon výkonnejší než Windows on ARM [15] na zariadeniach s procesorom Snapdragon 8cx. To je, subjektívne povedané, hanba. [16]

V nasledujúcich rokoch sa však môže stať to, že ARM bude veľmi atraktívnou alternatívou aj v laptopoch, ktoré nie sú od Apple. Qualcomm a Google vyvíjajú nové procesory [17] [18], ktoré budú v laptopoch novej generácie a založené na ARM architektúre, zatiaľ čo Windows on ARM pokračuje vo vývoji. Možná budúcnosť je, že laptopy pre bežné použitie a kancelársku prácu prejdú na ARM, zatiaľ čo x86 ostane výsadou desktopových počítačov a výkonných laptopov, keďže ani Intel, ani AMD zatiaľ neplánujú opustiť x86 architektúru.

Odkazy