ARM

Intel Atom

Díaz Hernández, Raquel

Microprocesadores para Comunicaciones

ARM

Intel Atom

Microprocesadores para Comunicaciones

v s

ARM

Intel Atom

ARM vs Intel Atom

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Índice

Introducción .................................................................................................................................. 4

ARM ............................................................................................................................................... 7

Historia ...................................................................................................................................... 7

Diseño ........................................................................................................................................ 8

Intel Atom.................................................................................................................................... 10

Arquitectura ............................................................................................................................ 10

Evolución ................................................................................................................................. 11

Comparativa ................................................................................................................................ 12

Conclusión ................................................................................................................................... 13

ARM vs Intel Atom

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Índice de Figuras

Figura 1: Titulares ARM vs Intel Atom ........................................................................................... 4

Figura 2: Gráfica de mercado de procesadores ............................................................................ 5

Figura 3: Tendencia de mercado 2014 .......................................................................................... 6

Figura 4: Procesador ARM ............................................................................................................. 7

Figura 5: Evolución de ARM .......................................................................................................... 8

Figura 6: Procesador Intel Atom ................................................................................................. 10

Figura 7: Diagrama de bloques Intel Atom ................................................................................. 10

Figura 8: Pipeline Intel Atom ....................................................................................................... 11

Figura 9: Samsung Orion ............................................................................................................. 12

Figura 10: LG Aava ....................................................................................................................... 12

ARM vs Intel Atom

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Introducción

Actualmente, con sólo echar un vistazo en diferentes foros y revistas de internet, podemos

darnos cuenta de que el mercado de la electrónica se encuentra inmerso en una lucha de

poder entre la ya veterana empresa de microprocesadores para sistemas empotrados, ARM, y

una joven Intel en este sector que intenta hacerse un hueco con sus procesadores Atom.

Figura 1: Titulares ARM vs Intel Atom

Ahora, podría surgirnos una pregunta, ¿por qué Intel se ha interesado en trabajar en esta

línea? La respuesta es sencilla, y para llegar hasta ella se hará un pequeño estudio de mercado

que dará todas las razones de ello.

Si analizamos brevemente el mercado de los procesadores se puede observar que la mayor

parte de la producción va destinada hacia sistemas empotrados, tal y como se muestra en la

gráfica:

ARM vs Intel Atom

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Figura 2: Gráfica de mercado de procesadores

Y, concretando con cifras, la gráfica mostrada se traduce en:

• 100 millones de procesadores fabricados para máquinas de propósito general.

• 3 billones de procesadores destinados a sistemas empotrados.

Por tanto, es evidente que éste es un mercado interesante.

Y, profundizando un poco más

dentro de los sistemas empotrados,

un sector que crece a pasos de

gigante son los dispositivos

portátiles, tales como netbooks,

tablets, smartphones… Para

presentar algunas cifras, nos

basaremos por ejemplo en los

smartphones, los cuales según un

estudio mundial realizado por

Gartner, las ventas de smartphones han crecido un 96% respecto del año 2009.

Además, mirando hacia el futuro, las expectativas siguen siendo altas, ya que la tendencia es

que los usuarios, con un dispositivo portátil de pequeño tamaño, lo más ligero posible y con el

mínimo consumo, pueda acceder a internet en cualquier momento y lugar, puesto que la

sociedad se ha convertido en absolutamente dependiente de internet y los servicios que

proporciona.

Así pues, el futuro no es nada prometedor para los tradicionales ordenadores de sobremesa

los que cada vez están perdiendo más y más terreno para dejar paso a la era de la portabilidad.

ARM vs Intel Atom

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A continuación, se muestra la gráfica correspondiente a las predicciones de mercado para el

año 2014.

Figura 3: Tendencia de mercado 2014

De forma que, no es nada descabellado pensar que Intel quiera formar parte de esta

revolución que evidentemente se traduce en un importe aumento de ingresos en su empresa.

Ya puestos en situación, se pasará a analizar las diferentes características que ofrece cada

empresa.

ARM vs Intel Atom

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ARM

Historia

El diseño del ARM comenzó en 1983 como un

proyecto de desarrollo en la empresa Acorn

Computers Ltd. Roger Wilson y Steve

Furber lideraban el equipo, cuya meta era,

originalmente, el desarrollo de un procesador

avanzado, pero con una arquitectura similar a

la del MOS 6502. La razón era que Acorn tenía

una larga línea de ordenadores personales

basados en dicho micro, por lo que tenía

sentido desarrollar uno con el que los

desarrolladores se sintieran cómodos.

El equipo terminó el diseño preliminar y los primeros prototipos del procesador en el

año 1985, al que llamaron ARM1. La primera versión utilizada comercialmente se bautizó

como ARM2 y se lanzó en el año 1986.

La arquitectura del ARM2 posee un bus de datos de 32 bits y ofrece un espacio de direcciones

de 26 bits, junto con 16 registros de 32 bits. Uno de estos registros se utiliza como contador de

programa, aprovechándose sus 4 bits superiores y los 2 inferiores para contener los flags de

estado del procesador.

El ARM2 es probablemente el procesador de 32 bits útil más simple del mundo, ya que posee

sólo 30 000 transistores. Su simplicidad se debe a que no está basado en microcódigo (sistema

que suele ocupar en torno a la cuarta parte de la cantidad total de transistores usados en un

procesador) y a que, como era común en aquella época, no incluye caché. Gracias a esto, su

consumo en energía es bastante bajo, a la vez que ofrece un mejor rendimiento que un 286. Su

sucesor, el ARM3, incluye una pequeña memoria caché de 4 KB, lo que mejora los accesos a

memoria repetitivos.

A finales de los años 80, Apple Computer comenzó a trabajar con Acorn en nuevas versiones

del núcleo ARM. En 1990 En Acorn se dieron cuenta de que el hecho de que el fabricante de un

procesador fuese también un fabricante de ordenadores podría echar para atrás a los clientes,

por lo que se decidió crear una nueva compañía llamada Advanced RISC Machines, que sería la

encargada del diseño y gestión de las nuevas generaciones de procesadores ARM.

Este trabajo derivó en el ARM6, presentado en 1991. Apple utilizó el ARM 610, basado en el

anterior como procesador básico para su innovador PDA, el Apple Newton. Por su parte, Acorn

lo utilizó en1994 como procesador principal en su RiscPC.

El núcleo mantuvo su simplicidad a pesar de los cambios: en efecto, el ARM2 tiene 30 000

transistores, mientras que el ARM6 sólo cuenta con 35 000. La idea era que el usuario final

Figura 4: Procesador ARM

ARM vs Intel Atom

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combinara el núcleo del ARM con un número opcional de periféricos integrados y otros

elementos, pudiendo crear un procesador completo a la medida de sus necesidades.

La mayor utilización de la tecnología ARM se alcanzó con el procesador ARM7TDMI, con

millones de unidades en teléfonos móviles y sistemas de videojuegos portátiles.

Una característica interesante de ARM es que da licencias de uso y modificación de su juego de

instrucciones a quien las compre, y son estas empresas las que producen los procesadores

finales, basados en la licencia original y optimizados para la aplicación que requiera el

productor.

El diseño del ARM se ha convertido en uno de los más usados del mundo, desde discos duros

hasta juguetes. Hoy en día, cerca del 75% de los procesadores de 32 bits poseen este chip en

su núcleo.

A continuación, se muestra gráficamente, la evolución de los procesadores ARM señalando

aquellos más cercanos a la actualidad ya que muchos de los primeros diseños han quedado

obsoletos.

Figura 5: Evolución de ARM

Diseño

El juego de instrucciones del ARM es similar al del MOS 6502, pero incluye características adicionales que le permiten conseguir un mejor rendimiento en su ejecución. Para mantener el concepto tradicional de RISC, se estableció la ejecución de una orden en un tiempo, por lo general, de un ciclo. La característica más interesante es el uso de los 4 bits superiores como código de condición, haciendo que cualquier instrucción pueda ser condicional. Este corte reduce el espacio para algunos desplazamientos en el acceso a la memoria, pero permite evitar perder ciclos de reloj en el pipeline al ejecutar pequeños trozos de código con ejecución condicional. A continuación, se muestra un ejemplo de instrucción condicional:

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Otra característica única del juego de instrucciones es la posibilidad de añadir shifts y rotar en el procesamiento de datos (aritmético, lógico y movimiento de registros), por ejemplo, la instrucción en C:

puede ser mejorada como una única instrucciónregistro.

Todo esto ocasiona que se necesiten menos operaciones de carga y almacenamiento, mejorando el rendimiento.

El procesador ARM también tiene algunas características que son raras en otras arquitecturas también consideradas RISC, como el direccionamiento relativo, y el pre y post incremento en el modo de direccionamiento.

Tiene dos modos de funcionamiento:

• ARMI con instrucciones que ocupan 4 bytinstrucciones que sólo están en este modo. El es mayor.

• THUMB: con instrucciones de 16 bits pretende disminuir la cantidad de código escrito, así como mejorar la densidad del código. El rendimiento puede ser superior a un código de 32 bits en donde el puerto de memoria o ancho del bus de comunicaciones son menores a 32 bits. Por lo general en aplicaciones inserta un pequeño rango de direcciones de memoria con uny el resto son 16 bits en modotecnología Thumb fue el ARM7TDMI. Toda la familia posterior al ARM9, incluyendo el procesador Intel XScale

ARM vs Intel Atom

Otra característica única del juego de instrucciones es la posibilidad de añadir shifts y rotar en el procesamiento de datos (aritmético, lógico y movimiento de registros), por ejemplo, la

puede ser mejorada como una única instrucción en el ARM, permitiendo la reubicación del

Todo esto ocasiona que se necesiten menos operaciones de carga y almacenamiento,

El procesador ARM también tiene algunas características que son raras en otras arquitecturas bién consideradas RISC, como el direccionamiento relativo, y el pre y post incremento en el

Tiene dos modos de funcionamiento:

ARMI con instrucciones que ocupan 4 bytes, más rápidas y potentes. Existen es que sólo están en este modo. El consumo de memoria y de electricidad

THUMB: con instrucciones de 16 bits pretende disminuir la cantidad de código escrito, así como mejorar la densidad del código. El rendimiento puede ser superior a un

de 32 bits en donde el puerto de memoria o ancho del bus de comunicaciones son menores a 32 bits. Por lo general en aplicaciones inserta un pequeño rango de direcciones de memoria con un datapath de 32 bits, por ejemplo: Game Boy Advancey el resto son 16 bits en modo wide o narrower. El primer procesador con la

fue el ARM7TDMI. Toda la familia posterior al ARM9, incluyendo el Intel XScale, tienen incorporada la tecnología en su núcleo.

ARM vs Intel Atom

Otra característica única del juego de instrucciones es la posibilidad de añadir shifts y rotar en el procesamiento de datos (aritmético, lógico y movimiento de registros), por ejemplo, la

en el ARM, permitiendo la reubicación del

Todo esto ocasiona que se necesiten menos operaciones de carga y almacenamiento,

El procesador ARM también tiene algunas características que son raras en otras arquitecturas bién consideradas RISC, como el direccionamiento relativo, y el pre y post incremento en el

es, más rápidas y potentes. Existen o de memoria y de electricidad

THUMB: con instrucciones de 16 bits pretende disminuir la cantidad de código escrito, así como mejorar la densidad del código. El rendimiento puede ser superior a un

de 32 bits en donde el puerto de memoria o ancho del bus de comunicaciones son menores a 32 bits. Por lo general en aplicaciones inserta un pequeño rango de

Game Boy Advance, . El primer procesador con la

fue el ARM7TDMI. Toda la familia posterior al ARM9, incluyendo el , tienen incorporada la tecnología en su núcleo.

ARM vs Intel Atom

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Intel Atom

Intel Atom es el nombre de una nueva línea de

microprocesadores de esta compañía. Están

diseñados para un proceso de fabricación de 45

nm CMOS y destinados a utilizarse en

dispositivos móviles de Internet, ultra-

portátiles, smartphones, y otros portátiles de

baja potencia y aplicaciones.

El lanzamiento de la familia Intel Atom, se

produjo durante el Intel Developer Forum (IDF)

de Shanghai en la primavera de 2008. Se aúnan bajo la misma marca comercial dos

microprocesadores basados en la misma arquitectura, Silverthorne, rebautizado como Atom

Z series, y Diamondville, que pasa a tener el nombre comercial de Atom N series. Los

primeros podrían clasificarse como la gama alta de esta familia. Por otra parte, la serie N serán

microprocesadores de baja potencia utilizados para ultraportátiles.

Arquitectura

Los Intel Atom siguen la

arquitectura común de la

marca: externamente

aceptan el juego de

instrucciones x86 de 32 bits,

e incluso algunos el de 64.

Internamente traducen estas

instrucciones a un

microcódigo RISC que es el

que ejecutan.

La arquitectura del Intel

Atom está desarrollada bajo

la filosofía “en-orden”,

contiene 16 etapas de

procesamiento, puede

enviar a procesar 2

instrucciones por ciclo y

tiene 4 unidades de ejecución, dos para cálculos de enteros y 2 para cálculos flotantes y SSE,

siendo éstas las instrucciones empleadas para decodificación de MPEG2, procesamiento de

datos tridimensionales y software de reconocimiento de voz. Una de las principales

debilidades de estas unidades es que las multiplicaciones y adiciones solo pueden ser

procesadas por la unidad FP que es extremadamente lenta para realizar dichos cálculos.

Figura 6: Procesador Intel Atom

Figura 7: Diagrama de bloques Intel Atom

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Seguidamente, se muestra el

Este pipeline no incluye la traducción a microcódigo, pues la referencia en él se realiza en la cachésegundo nivel. Por otra parte, el cauce de ejemáximo de dos instrucciones por ciclo, aunque esto solo se da en condiciones ideales. Para aprovechar esta característica al máximo, los Atom implementan la tecnología hiperThreading propia de Intel, lo que elimina las dependencias entre cauces.Por lo demás, solo permiten ejecución en orden no especulativa, e implementan predicción de salto.

Evolución

En la siguiente tabla se recogen los distintos avances de Intel Atom a lo largo de su trayectoria:

Marzo de 2008 Septiembre de 2009

Dispositivos móviles para Internet

Se anuncian los primeros procesadores Intel Atom, con el fin de habilitar una nueva generación de dispositivos complementarios potentes y eficaces en el consumo de energía para acceder a internet.

Se anuncia el nuevo procesador Intel Atom CE4100 de 45 nm que proporciona el innovador SoC a una familia de procesadores de medios para dispositivos electróconsumo diseñados para la TV interactiva.

ARM vs Intel Atom

pipeline de procesador:

Este pipeline no incluye la traducción a microcódigo, pues la búsqueda a la que se hace él se realiza en la caché de primer nivel, y el traductor está entre é

segundo nivel. Por otra parte, el cauce de ejecución es de 2 vías, por lo que permite un instrucciones por ciclo, aunque esto solo se da en condiciones ideales. Para

aprovechar esta característica al máximo, los Atom implementan la tecnología hiperThreading a las dependencias entre cauces.

Por lo demás, solo permiten ejecución en orden no especulativa, e implementan predicción de

se recogen los distintos avances de Intel Atom a lo largo de su trayectoria:

Septiembre de 2009 Enero de 2010 Mayo de 2010

Dispositivos electrónicos de

consumo

Netbooks Smartphones y

Se anuncia el nuevo procesador Intel Atom CE4100 de 45 nm que proporciona el innovador SoC a una familia de procesadores de medios para dispositivos electrónicos de consumo diseñados para la TV interactiva.

Se anuncia un nuevo procesador que integra un controlador de memoria y tecnología de gráficos en la CPU. Se reduce el consumo de energía y se aumenta el desempeño en los sistemas más pequeños.

Logran reducmanera extraordinaria el consumo de energía, a la par que mantienen el desempeño y permiten crear formatos delgados e innovadores tales como, tablets, laptops y smartphones

Figura 8: Pipeline Intel Atom

ARM vs Intel Atom

squeda a la que se hace y el traductor está entre ésta y la de

as, por lo que permite un instrucciones por ciclo, aunque esto solo se da en condiciones ideales. Para

aprovechar esta característica al máximo, los Atom implementan la tecnología hiperThreading

Por lo demás, solo permiten ejecución en orden no especulativa, e implementan predicción de

se recogen los distintos avances de Intel Atom a lo largo de su trayectoria:

Mayo de 2010

Smartphones y tablets

Logran reducir de manera extraordinaria el consumo de energía, a la par que mantienen el desempeño y permiten crear formatos delgados e innovadores tales como, tablets, laptops y smartphones

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Comparativa

A continuación, se muestra una pequeña comparativa

en concreto del Cortex-A9 en sus dos versiones: single core y dual core

diferencia entre dos versiones, en uno de ellos se optimizan las prestaciones y en otro el

consumo, de ahí que se tenga un r

muestran las prestaciones de la

Como puede observarse, ARM sigue liderando el mínimo consumo, mientras que en cuestión

de frecuencia puede alcanzar las mismas que ofrece Intel Atom.

A continuación, se muestra un ejemplo de dispositivos que emplean estos procesadores.

Parámetros ARM (Cortex

Single Core

Frecuencia 830 MHz

Consumo 0.4W

Tecnología

DMIPS 2075

Figura 9: Samsung Orion

ARM vs Intel Atom

Comparativa

A continuación, se muestra una pequeña comparativa entre distintos procesadores de ARM,

en sus dos versiones: single core y dual core, en éste último se hace

diferencia entre dos versiones, en uno de ellos se optimizan las prestaciones y en otro el

consumo, de ahí que se tenga un rango en la tabla comparativa. En el caso de Intel Atom,

ones de las series Zy N.

Como puede observarse, ARM sigue liderando el mínimo consumo, mientras que en cuestión

de frecuencia puede alcanzar las mismas que ofrece Intel Atom.

A continuación, se muestra un ejemplo de dispositivos que emplean estos procesadores.

ARM (Cortex-A9) Intel Atom

Single Core Dual Core Serie Z

830 MHz 800 MHz-2GHz 800MHz-2.13GHz

0.4W 0.5-1.9W 0.65W-2.5W

28 nm 45 nm

2075 4000-10000 4000

: Samsung Orion

Figura 10: LG Aava

ARM vs Intel Atom

esadores de ARM,

, en éste último se hace

diferencia entre dos versiones, en uno de ellos se optimizan las prestaciones y en otro el

ango en la tabla comparativa. En el caso de Intel Atom, se

Como puede observarse, ARM sigue liderando el mínimo consumo, mientras que en cuestión

A continuación, se muestra un ejemplo de dispositivos que emplean estos procesadores.

Intel Atom

Serie N

1.5-1.83GHz

2.5W-8.5W

45 nm

3900

: LG Aava

ARM vs Intel Atom

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Conclusión

Con todo lo visto, cada uno puede formarse una opinión acerca de cada procesador, no

obstante, el vencedor de esta batalla será elegido por las grandes empresas quienes tendrán

que decidir qué procesador usarán para la fabricación de sus dispositivos. Los consumidores no

tienen elección en ese sentido, ya que estos tan sólo pueden confiar al fin y al cabo en una

marca de dispositivos electrónicos de consumo, dígase por ejemplo Nokia, Samsumg, iPhone…

ateniéndose a las decisiones tomadas durante su diseño.

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