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Le basi sono impostate per i chip ARM Apple "Pro" di Apple

Marzo 26, 2020
Le basi sono impostate per i chip ARM Apple "Pro" di Apple
I chip ARM alimentano la maggior parte degli smartphone e tablet del mondo, ma nei data center ci sono chip ARM ad alte prestazioni. Apple potrebbe non aver bisogno di aspettare molto – se non del tutto – per la velocità in un Mac ARM di fascia alta.
Le basi sono impostate per i chip ARM Apple "Pro" di Apple

I chip ARM sono stati in gran parte esclusi dai mercati dei personal computer e dei data center. Ma le maree potrebbero cambiare nel 2020.

Per la maggior parte delle applicazioni desktop, laptop o datacenter, i chip x86 di Intel sono stati a lungo lo standard del settore. Ma tra le voci sul passaggio di Apple al silicio ARM di prima parte per i suoi Mac, ci sono una manciata di produttori che spingono sul mercato chip ARM ad alte prestazioni.

Ecco perché è significativo e in che modo l'abbandono di Apple da parte di Intel potrebbe dare il via a uno switch più ampio.

Differenze tra ARM e chip x86

I chip ARM sono molto più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai chip Intel x86 e generalmente offrono prestazioni migliori per watt. Ciò è dovuto a una serie di motivi, tra cui un set di istruzioni più semplice, l'uso di un numero inferiore di transistor e velocità di clock complessive più lente.

L'efficienza energetica di ARM, insieme ad altri fattori come un basso costo di produzione e sviluppo, ha in gran parte portato i chip ARM a diventare lo standard del settore per la maggior parte dei dispositivi mobili come smartphone, tablet e PC leggeri come alcuni Chromebook di Google.

Ma quando si tratta di chipset ad alte prestazioni, in particolare per computer desktop o portatili, si suppone da tempo che Intel x86 sia la scelta naturale. È stato così per molto tempo e il dominio in costante aumento di Intel potrebbe essere visto anche nel passaggio di Apple da PowerPC a x86 nel 2005.

Lo stesso vale per data center e server. Sebbene esistano eccezioni minori, la stragrande maggioranza dell'architettura del web si basa ancora sulle istruzioni di progettazione dei chip di Intel. Intel è ancora il leader in termini di quota di mercato (quasi in misura monopolistica), con i chip AMD basati su x86 che rappresentano la parte del leone degli scarti.

Dall'inizio del 2010 si è parlato di un passaggio più ampio ai server basati su ARM. Quasi un decennio dopo, i chip ARM vengono utilizzati in alcune applicazioni server, ma la loro quota di mercato complessiva impallidisce rispetto ai suoi concorrenti x86.

Ma man mano che le linee si confondono tra dispositivo mobile e laptop e gli operatori di datacenter sono sempre più alla ricerca di opzioni server più efficienti ed economiche, il 2020 è l'anno in cui le cose potrebbero iniziare a cambiare.

Lo stato attuale dei processori ARM

Le basi sono impostate per i chip ARM Apple "Pro" di Apple

Il chipset A13 di Apple è uno dei più potenti processori mobili basati su ARM sul mercato.

Una cosa interessante dell'attuale industria dei chip ARM è che la maggior parte dei processori ARM in uso si basa su progetti di chip personalizzati.

I system-on-chips (SoC) della serie A di Apple sono un ottimo esempio, soprattutto perché mettono in mostra la potenza potenziale dei processori ARM. Apple attualmente produce i chip per smartphone più veloci sul mercato, il che consente ai suoi iPhone di tenere il passo o battere i dispositivi Android rivali che sembrano avere migliori specifiche sulla carta. Per fare ciò, Apple progetta i propri chip internamente e si affida all'ecosistema ARM più grande solo per le istruzioni del processore.

L'ultimo chip A13 Bionic per iPhone, ad esempio, si è avvicinato alle prestazioni di alcune CPU desktop. Oltre a Apple, aziende come Qualcomm, MediaTek e altri produttori accettano anche le istruzioni di progettazione dei chip ARM e le applicano al proprio silicio personalizzato.

Mentre i chip ARM non sono ampiamente utilizzati in server o datacenter, molti produttori di terze parti hanno progettato i propri chip basati su ARM rivolti specificamente a quel mercato. Questi processori server non sono un semplice drop-in per l'hardware desktop esistente, ma dato l'uso di processori Intel Xeon da parte di Apple, non è poi così lontano.

Nel marzo 2020, Ampere ha debuttato con un processore a 80 core basato su ARM chiamato Altra, che i progetti dell'azienda offriranno un'efficienza energetica 2.11 volte migliore e prestazioni fino a 2,23 volte migliori rispetto a un Intel Xeon Platinum 8280.

Per fare un paragone, lo Xeon Platinum 8280 è un chip Cascade Lake rilasciato nel secondo trimestre del 2019 con 28 core, frequenza di base 2,7 GHz e una valutazione termica di 205 W. Utilizzato in un'impostazione su rack, Ampere arriva persino a dire che un rack di processori Altra è in grado di offrire prestazioni raw migliori del 120% rispetto all'8280, secondo ARS Technica

Nel 2018, Amazon ha annunciato il suo primo chip server basato su ARM, il Graviton. Sebbene quel chip server non sembrasse avere un impatto duraturo sul mercato, nel marzo 2020 Amazon ha annunciato un nuovo chip chiamato Graviton 2, che secondo l'azienda offre un miglior rapporto prezzo-prestazioni rispetto a AMD e Intel in molti carichi di lavoro server.

Amazon afferma che gli utenti del suo Elastic Compute Cloud, o EC2, possono aspettarsi un rapporto qualità-prezzo migliore del 40%. Per le aziende basate su cloud o le società di software come servizio, ciò potrebbe offrire seri vantaggi competitivi, poiché spenderebbero meno denaro a velocità di servizio comparabili.

Marvell, leader del volume nei chip server ARM, ha anche svelato un nuovo chipset "Triton" ThunderX3, un pezzo di silicio da 240 W con 96 core. Secondo Marvell, ThunderX3 offriva costantemente prestazioni migliori rispetto ai chip Cascade Lake-SP Intel 2019 in diversi flussi di lavoro basati su cloud, come MySQL o CDN.

Mentre i chip ARM di terze parti sono disponibili, ARM Holdings, la società che progetta le istruzioni per i chip ARM, sta entrando nel mercato stesso. Forse il più interessante sono i chip per laptop dell'azienda, che sono rimasti indietro rispetto a Intel ma sembrano recuperare terreno.

Cortex-A76, implementato per la prima volta nell'hardware nel 2019, è un chip per laptop che offre all'incirca le stesse prestazioni di un Intel Core i5-7300, ha dichiarato Mike Filippo, architetto capo di ARM CNET. Non è una prestazione abbastanza sorprendente, ma suggerisce che ARM sta cercando di raggiungere Intel e batterli sul proprio mercato.

Anche l'architettura del server proprietario di ARM Holdings ha fatto un salto nell'arena. Nel 2018, la società ha annunciato un rinnovamento della sua architettura server denominata Neoverse N1. (Che, vale la pena notare, è l'architettura su cui si basa la maggior parte dei chip di cui sopra, come Altra e Graviton 2.)

Da allora, ARM Holdings ha rilasciato alcuni chip server molto ambiziosi, come il design Ares del 2019.

Il significato dei chip ARM ad alte prestazioni

Le basi sono impostate per i chip ARM Apple "Pro" di Apple

Il chip Neoverse recentemente annunciato da ARM è rivolto ad applicazioni server ad alte prestazioni.

Non è un segreto che il ritmo degli aggiornamenti delle prestazioni di Intel abbia rallentato e anche la società soffra di altri problemi. Il problema è che la società sostiene essenzialmente che il massimale delle prestazioni è stato ampiamente colpito e sta già sfruttando appieno ciò che è possibile con i computer moderni.

Ma ARM offre un approccio diverso con i suoi chip, promettendo nel 2018 che ogni generazione dei suoi chip futuri sarebbe almeno il 30% più veloce rispetto alle generazioni passate. Questo è molto al di là di ciò che Intel promette con il suo attuale design del chip.

Questo è solo il silicio di prima parte progettato dallo stesso ARM. Ciò non riguarda i chip personalizzati di terze parti realizzati da Apple e altre società, che hanno ampiamente dimostrato di essere enormi successi di mercato in tablet, smartphone e dispositivi IoT.

Per dirla chiaramente, sembra che ARM e altri produttori di chip stiano investendo serie risorse nella creazione di chip in grado di competere con il processore x86. Non solo nel caso d'uso di fascia bassa, ma anche a livello desktop e server, propendendo maggiormente verso il calcolo ad alte prestazioni.

Per quanto riguarda l'impatto per gli utenti, ce ne sono alcuni grandi. Come accennato in precedenza, i chip ARM sono generalmente più efficienti dal punto di vista energetico. Con la loro velocità che sta raggiungendo, potrebbe portare a dispositivi con una durata della batteria molto più lunga che ancora portano un pugno di prestazioni. Inoltre, producono meno calore rispetto ai chip Intel e, se combinati con meccanismi di raffreddamento del computer o del server, potrebbero risentire meno delle limitazioni delle prestazioni.

Anche il costo di produzione e la facilità di implementazione possono svolgere un ruolo importante, forse riducendo i costi dei computer o di altri dispositivi elettronici a lungo termine a livello del consumatore.

E i chip ARM ad alte prestazioni stanno arrivando in un momento in cui Intel è in crisi. La società ha fatto varie promesse non mantenute sugli aggiornamenti delle prestazioni e le scadenze mancate, per non parlare del fatto che le vulnerabilità Intel a livello di chip hanno reso molti dispositivi meno sicuri.

ARM non ha avuto questi problemi, storicamente. Sebbene ciò sia in gran parte attribuibile alla quota di mercato, potrebbe significare che molti produttori di computer avranno un nuovo inizio.

Il futuro dei chip ARM

ARM ha in gran parte retrocesso l'x86 di Intel quando si tratta di dispositivi, come server e workstation, che alimentano il lavoro del nostro mondo. Ma ci sono alcune correnti sotterranee nel settore che potrebbero suggerire che le maree stiano cambiando.

I MacBook ARM previsti di Apple saranno probabilmente un punto di svolta, a seconda del tipo di prestazioni che offriranno i chip Mac personalizzati di Apple. Ma Project Catalyst potrebbe anche essere un fattore importante per un passaggio più ampio a ARM, poiché incoraggia gli sviluppatori di app popolari a prendere seriamente in considerazione il supporto dell'architettura ARM.

Microsoft, il principale concorrente di Apple nello spazio dei laptop, ha debuttato anche una nuova linea di dispositivi Surface nel 2019 che sfoggiano quello che l'azienda chiama il primo chip basato su ARM a 3 GHz: l'SQ1.

L'attuale epidemia di COVID-19 potrebbe anche stimolare un passaggio a ARM nelle sfere dei server e dei datacenter poiché le grandi aziende prenderanno seriamente in considerazione le loro metriche di prestazioni per dollaro su hardware critico in futuro. I chip del server ARM sono più economici di quelli Intel e, come abbiamo spiegato, le loro prestazioni per watt tendono ad essere migliori.

Ci sono anche altri fattori. Le esigenze dei data center in tutto il mondo sono in rapida evoluzione. Poiché Intel è sul punto di diventare un monopolio nello spazio dei server, il passaggio ai server ARM è un buon modo per gli operatori di data center di processare i processori da una gamma più ampia di fornitori.

Ovviamente, ci vorrà sicuramente del tempo perché ARM diventi trincerato nei nostri Mac quotidiani come Intel. Ma ora ci sono segni all'orizzonte che sta diventando una possibilità seria, piuttosto che una previsione inverosimile.

Apple e un Mac ARM

Apple probabilmente non prenderà un processore serie A e lo lascerà cadere direttamente su un Mac. Lo scenario più probabile è un chip personalizzato, fatto su misura per Mac come gli altri chip ARM e adattato al mercato dei server. Non deve aspettare chip di fascia alta, ma probabilmente sarà nell'interesse di una transizione graduale per quel mercato.

La saggezza convenzionale è che Apple inizierà dalla fascia bassa, come MacBook e Mac mini. In particolare, con i laptop, i chip basati su ARM sono particolarmente adatti per offrire un'eccellente durata della batteria senza compromettere le prestazioni. Dopo un periodo di tempo che non è ancora chiaro, sposterà i chip verso l'hardware di livello "Pro", probabilmente quando la base di utenti "Pro" lo richiede.

Al momento, oggi, Apple potrebbe offrire prestazioni di fascia alta con chip workstation simili ad Altra e ThunderX3 nelle stesse buste termiche e di potenza che iMac Pro e Mac Pro utilizzano ora con il processore Xeon. Il software dovrebbe seguire, motivo per cui quella transizione probabilmente non sarà giorno e data con i modelli di fascia bassa.

Guardando l'immagine più ampia, Apple trarrebbe ovviamente beneficio dal controllo più stretto su tutto il suo stack, un obiettivo che ha già raggiunto su iPhone e iPad. E i consumatori probabilmente apprezzeranno i miglioramenti delle prestazioni del Mac simili a quelli dell'iPhone della maggior parte dei dispositivi concorrenti, per non parlare dei significativi miglioramenti della durata della batteria e di una potenziale riduzione dei costi per Apple.

La transizione potrebbe non essere la più fluida, in particolare per sviluppatori o utenti che fanno affidamento su plug-in e software non aggiornati. Ma tenendo conto di sviluppi come Project Catalyst, sembra inevitabile.