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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.
ARM vs Intel Atom
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Bibliografía
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imperio-poderoso-de-x86-vs-el-imperio-movil-arm.html
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SUÁREZ HERNÁNDEZ, Yeray. Analizando Intel Atom. Microprocesadores para Comunicaciones.
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