Действительно ли Arm более энергоэффективный, чем x86?

Введение

• С помощью подхода Arm к энергоэффективным вычислениям ее партнеры получили преимущество в производительности и энергопотреблении.
• Intel намеревается оспорить заявления Arm об эффективности с помощью Lunar Lake, но для того, чтобы улучшить x86 архитектуру, потребуется приложить немало усилий.
• В то время, как Intel считает, что X86 может быть сопоставим по эффективности с Arm, аппаратные ограничения могут помешать быстрому росту.

Огромную популярность архитектуры Arm можно объяснить тем, что она является наиболее распространенной и позволяет устройствам на базе этой архитектуры работать дольше. В нашем смартфоне он присутствует уже более пяти лет (не считая кратковременного периода x86, в котором участвовало очень мало телефонов), и ноутбуки постепенно переходят на него, так как это увеличивает их возможности по использованию батареи.

При этом, Intel утверждает, что с помощью Lunar Lake она может «развенчать миф» о том, что Arm является более эффективным, чем x86. Но насколько Arm эффективен, чем x86? Действительно ли это миф? А может быть, это просто маркетинговая акция? После того, как я поинтересовался у компании Arm о том, какова их позиция относительно эффективности архитектуры, они дали мне следующий ответ.

С самого начала своей деятельности, Arm уделяла большое внимание энергоэффективным вычислениям. Это позволило ее партнерам получить решения, которые экономят меньше энергии, чем их конкуренты, и при этом обеспечивают требуемую производительность. Именно этот подход позволил использовать Arm в мобильных телефонах и IoT, а также объяснить, почему данный метод стал настолько распространен. Подход Arm к предоставлению высокопроизводительных, энергоэффективных ядер позволил партнерам разрабатывать решения, которые более энергоэффективны, чем решения, которые эти партнеры смогли разработать с другими архитектурами - NVIDIA является прекрасным примером. То, что они делают с Грейс Блэквелл, является одним из лучших примеров того, как партнер смог использовать гибкость Arm, внедрять инновации и настраивать поверх технологии Arm, чтобы снизить энергопотребление в 25 раз, а также увеличить производительность в 30 раз на каждый графический процессор по сравнению с графическими процессорами NVIDIA H100, использующими конкурирующие архитектуры для LLM.

x86 обладает рядом преимуществ перед Arm

Начнем с того, что x86 — это очень мощная архитектура. Процессоры x86 базируются на архитектуре Complex Instruction Set Computing (CISC), которая включает в себя больший набор более сложных инструкций, которые требуют больше энергии. Многие инструкций x86 могут потребовать несколько последовательных циклов для выполнения, что может увеличить их мощность, но при этом понизить эффективность.

Вследствие того, что x86 имеет более сложные инструкции, он также может иметь более сложный конвейер. В качестве примера, можно привести использование x86 набора инструкций с переменной длиной от 1 до 15 байт, в то время как сам Arm имеет фиксированную длину (инструкции Thumb могут быть переменными). Из-за сложности выполняемых инструкций, которые часто преобразовываются в более простые RISC-подобные микрооперации. Это достаточно продвинутые предикторы, так как цена ошибочного прогноза и последующего сбоя может быть значительно выше, чем стоимость срыва в архитектуре Arm.

При этом Arm имеет значительно меньше транзисторов на команду, и это является неотъемлемой частью того, что даёт возможность уменьшить энергопотребление. Эти методы являются лишь некоторыми из множества способов, благодаря которым Arm может быть эффективным. Но есть и другие различия между двумя системами, которые дают преимущества Arm. Однако, меньший процент транзисторов на команду также означает уменьшение сложности, и именно здесь x86 может показать себя как мощный вычислительный комплекс, который способен удовлетворить самые разнообразные вычислительные запросы.

Прочность Arm является важным архитектурным преимуществом

Чтобы добиться того, чтобы x86 был таким же эффективным, как Arm, Intel придется приложить немало усилий. Первое, что следует отметить, это то, что сам набор команд является достаточно дорогостоящим в смысле мощности. Цикл выборки, декодирования и выполнения на x86 сложнее, чем на Arm. Когда речь идет о снижении затрат на материалы и оборудование, то объединение простых инструкций в одну операцию может в этом помочь.

Несмотря на это, архитектура Arm RISC является большим преимуществом, так как каждая инструкция в ней спроектирована таким образом, чтобы ее можно было выполнять быстрее и проще. Они имеют инструкции, которые имеют фиксированную длину и это помогает упростить декодирование, а использование инструкций Thumb с меньшим количеством бит может уменьшить размер кода и объем памяти. В инструкции Thumb меньше по размеру, это значит, что для их выполнения требуется меньше выборок из памяти, и больше инструкций может быть помещено в кэш процессора.

Чаще всего чипы Arm представляют собой часть более широкой системы на кристалле, а не отдельным процессором, который взаимодействует с остальной частью компьютера через материнскую плату. С помощью прямых соединений, которые могут быть организованы между Arm и контроллером памяти, графическим процессором и другими важными аспектами аппаратного обеспечения компьютера, также могут способствовать повышению эффективности. И вот именно так работает унифицированная память Apple, и это способствует отличному времени автономной работы компании.

По заявлению Intel, она может сделать x86 более эффективным

В Intel считают, что x86 может быть настолько же эффективным, как и Arm. Однако существует ряд аппаратных ограничений, которые затрудняют это. Как я уже говорил ранее, есть ряд улучшений в архитектуре x86, но я был бы удивлен, если бы мы увидели увеличение эффективности от Lunar Lake, который является конкурентом лучшего из того, что может сделать Arm. Мне бы не хотелось полностью списывать Intel со счетов и говорить, что это у них не получится, но я пытался получить информацию о том, как именно они собираются «развенчать этот миф», и на данный момент я не получил никакой информации от Intel о том, каким образом они собирались это осуществить.

Я очень надеюсь на то, что Intel сможет это осуществить. Не из-за того, что я являюсь поклонником Intel, а потому, что конкуренция – это отличный двигатель прогресса. На рынке процессоров доминирующей силой была Intel, но в последние годы AMD обошла ее, и теперь появляются новые игроки, которые также хотят пополнить эти рады. Впервые за долгое время Intel теряет свои позиции. И выпуск процессора x86, способного конкурировать с Arm, будет не просто фантастическим возвращением; это будет феникс, восстающий из пепла.

Нам еще далеко до того момента, когда Lunar Lake действительно появится в продаже на устройствах, и из-за этого мы не можем сделать окончательные выводы до конца года и в последующие года тоже. В компании Intel заявили о том, что поставки начнутся в третьем и четвертом кварталах 2024 года. Однако мы полагаем, что это будет похоже на ситуацию с Meteor Lake, когда реальный продажи обычным пользователям появится к 2025 году. В то время как Intel громко критиковала его эффективность по сравнению с Arm, и в итоге запуск не состоялся.

Будут ли восемь ядер в Lunar Lake относится к топовому SKU или же ко всем SKU? Насколько высока будет производительность NPU, заявленная как 48 TOPS, и будет распространяться на все SKU? Многие вопросы имеют очень мало ответов, а самый большой вопросительный знак находится в верхнем списке – и это показатель эффективности. Мне кажется, что компания Intel стремится к невероятным результатам и достижениям. Несмотря на то, что компания находится на пути к нелепым целям, это всего лишь еще один пример того, как Intel неожиданно начинает опережать конкурентов в этой отрасли.

https://techtab.ru/reviews/dejstvitelno-li-arm-bolee-energoeffektivnyj-chem-x86/?feed_id=22&_unique_id=66c2f06a7652e