Цифровой журнал «Компьютерра» № 118

Эти чипы могут быть как микропроцессорами в полном смысле этого слова, так и сложными «системами на чипе», представляющими собой аппаратную основу мобильных телефонов, планшетов или других устройств. Такие системы могут включать в себя самые разнообразные модули: графические ускорители, интерфейсы, блоки беспроводной связи и т.д.

Что же получает фирма, приобретая лицензию на выпуск чипа с вычислительными ядрами на архитектуре ARM? Первоначально в распоряжение покупателя поступала вся документация на так называемые топологические блоки, в которой подробно описывалась конструкция интегральной микросхемы. Со временем количество используемых в чипах транзисторов намного увеличилось, а число возможных технологических процессов выросло настолько, что такой подход потерял всякий смысл.

В настоящее время конструкция предоставляется в виде описания цепей, на основе которых лицензиат самостоятельно разрабатывает физический дизайн микросхемы под собственный техпроцесс. Такое описание представляет собой текстуальный рассказ о том, как различные блоки соединяются друг с другом. При этом используется специальный язык RTL (register transfer-level — «на уровне перемещения между регистрами»), который характеризует конструкцию не на уровне транзисторов, а описывает то, как потоки данных должны перемещаться между регистрами.

Разумеется, такая схема подходит не всем, и ARM иногда предоставляет партнёрам готовые топологические блоки, что позволяет оптимизировать конструкцию под конкретные задачи и ускорить вывод готовой системы на рынок. К примеру, так продаются лицензии на процессор Osprey (двуядерный Cortex-A9), и всё, что остаётся сделать производителю, — это изготовить литографические маски для тиражирования микросхем.

Системы на кристалле

Обычно мы представляем себе процессор в виде главной микросхемы на системной плате, а ядра, которых может быть несколько, — как его составные части, непосредственно отвечающие за исполнение инструкций.

В мире ARM термины «процессор» и «ядро» имеют несколько иное значение. Процессором называется конструкция, состоящая из одного или нескольких ядер, кэш-памяти, системной шины и прочих элементов, которую производитель может немедленно превратить в микросхему. Так, процессоры ARM Cortex-A9 в настоящее время выпускают несколько компаний, среди которых NEC, Texas Instruments и Toshiba.

Ядро — это центральный элемент микропроцессора, который производитель может использовать для создания микросхем собственной конструкции. Такая «система на чипе» (SoC) может представлять собой гораздо более сложное изделие, чем процессор, и отвечать за большую часть функциональности того или иного устройства в целом. Подобные микросхемы позволяют свести к минимуму число компонентов для сборки конечного продукта, уменьшить габариты печатной платы и снизить себестоимость, что особенно важно для крупносерийного производства.

Типичный пример современной «системы на чипе» — микросхема Samsung Exynos 4210, предназначенная для сборки смартфонов, планшетов и нетбуков. В состав этого чипа входят два ядра ARM Cortex-A9, работающие на частоте 1,2 ГГц, графический 3D-ускоритель, кодек видео высокой чёткости 1080p, звуковой адаптер, флэш-память, интерфейсы для подключения экрана, камеры и клавиатуры, шины USB, PCI Express, SATA. Кроме того, предусмотрена возможность работы с различными чипами беспроводной связи 3G/4G, HSPA+, Wi-Fi и GPS. Иными словами, в одной такой микросхеме умещается практически всё, что представлено отдельными модулями на материнской плате обычного настольного ПК.

Всем известно, что процессоры ARM и «системы на кристалле» на базе архитектуры ARM используются в смартфонах, планшетах, нетбуках и других портативных устройствах, но это лишь вершина айсберга.

Гуляя по любому современному торговому центру, вы проходите мимо огромного количества процессоров ARM, даже не подозревая об этом. Такие чипы установлены в самой разнообразной электронике: в телевизионных и игровых приставках, медиаплеерах и интернет-радиоприёмниках, телевизорах и музыкальных центрах, проигрывателях DVD и Blu-ray, приёмниках GPS и электронных книгах, цифровых фото- и видеокамерах и в домашних медиацентрах. Процессоры ARM используются в разнообразном медицинском оборудовании — от сканеров до систем удалённого мониторинга.

Микросхемы ARM применяются в качестве «мозга» жёстких дисков и твёрдотельных накопителей, принтеров и маршрутизаторов, точек доступа и беспроводных клавиатур. Более дешёвые и простые чипы на ядрах ARM можно обнаружить в кофеварках, беспроводных телефонах и даже в игрушках. Если у вас более-менее современный автомобиль, то в нём наверняка найдётся несколько устройств с микросхемами ARM — это и информационно-навигационные системы, и модули управления подушками безопасности, и блоки управления двигателем.