Los procesadores basados en Arm son un tipo de arquitectura de unidad central de procesamiento (CPU) conocida por su eficiencia energética y su alto rendimiento. Estos procesadores, que inicialmente se usaban en dispositivos móviles, ahora se están empleando en un abanico más amplio de productos informáticos, desde sistemas embebidos y dispositivos del Internet de las cosas hasta servidores e incluso superordenadores. Su filosofía de diseño, que se centra en la computación de conjunto de instrucciones reducido (RISC), les permite alcanzar un rendimiento por vatio significativo, lo que los convierte en una opción atractiva para entornos informáticos modernos y preocupados por el consumo energético.
En su núcleo, un procesador basado en Arm utiliza una arquitectura de conjunto de instrucciones reducido (RISC). Esto contrasta con la arquitectura de computación de conjunto de instrucciones complejo (CISC) que utilizan los procesadores x86 tradicionales. Las arquitecturas RISC utilizan un conjunto más pequeño de instrucciones más sencillas, que generalmente se ejecutan más rápido y requieren menos energía.
Los procesadores basados en Arm funcionan obteniendo y ejecutando instrucciones de la memoria. La arquitectura RISC simplifica este proceso. Cada instrucción realiza una operación básica, y las tareas complejas se consiguen mediante una secuencia de estas instrucciones sencillas. Este enfoque optimizado permite reducir el consumo de energía, ya que hay menos transistores activos durante cada ciclo de instrucción. Los procesadores modernos basados en Arm incorporan funciones avanzadas, como el procesamiento por fases (ejecución superpuesta de instrucciones), la ejecución superescalar (ejecución de varias instrucciones simultáneamente) y la sofisticada predicción de bifurcaciones para mejorar el rendimiento sin dejar atrás la eficiencia energética.
El panorama de los procesadores incluye varias arquitecturas clave. A continuación se muestra una comparación que destaca los procesadores basados en Arm:
Función | Procesadores basados en Arm | Procesadores Intel (X86) |
Arquitectura | RISC (Reduced Instruction Set Computing) | CISC (Computación de conjunto de instrucciones complejo) |
Eficiencia energética | Generalmente más alto, diseñado para un bajo consumo de energía | Históricamente más bajos, pero mejorando con los diseños más recientes |
Rendimiento | Progresan rápidamente y ya son competitivos en muchos ámbitos | Potente históricamente en computación de alto rendimiento |
Coste | Suelen ser más bajos, sobre todo en aplicaciones móviles e insertadas | Puede ser mayor, sobre todo en el caso de las CPUs de servidores de gama alta |
Presencia en el mercado | Dominante en el ámbito móvil y en crecimiento en el ámbito de los sistemas embebidos, el Internet de las cosas y los servidores | Domina los mercados de ordenadores de sobremesa y servidores tradicionales |
Conjunto de instrucciones | Instrucciones más sencillas y de longitud fija | Instrucciones complejas de longitud variable |
Función
Procesadores basados en Arm
Procesadores Intel (X86)
Arquitectura
RISC (Reduced Instruction Set Computing)
CISC (Computación de conjunto de instrucciones complejo)
Eficiencia energética
Generalmente más alto, diseñado para un bajo consumo de energía
Históricamente más bajos, pero mejorando con los diseños más recientes
Rendimiento
Progresan rápidamente y ya son competitivos en muchos ámbitos
Potente históricamente en computación de alto rendimiento
Coste
Suelen ser más bajos, sobre todo en aplicaciones móviles e insertadas
Puede ser mayor, sobre todo en el caso de las CPUs de servidores de gama alta
Presencia en el mercado
Dominante en el ámbito móvil y en crecimiento en el ámbito de los sistemas embebidos, el Internet de las cosas y los servidores
Domina los mercados de ordenadores de sobremesa y servidores tradicionales
Conjunto de instrucciones
Instrucciones más sencillas y de longitud fija
Instrucciones complejas de longitud variable
En comparación con la arquitectura x86 tradicional, los procesadores basados en Arm se han centrado históricamente en la eficiencia energética. Sin embargo, los avances en la arquitectura Arm, como la serie Neoverse, están reduciendo la brecha de rendimiento en los entornos de servidor. Aunque los procesadores x86 llevan mucho tiempo dominando el ámbito de la computación de alto rendimiento gracias a su ecosistema de software consolidado y a su potencia de procesamiento bruta para determinadas cargas de trabajo, los procesadores basados en Arm ofrecen una alternativa atractiva con sus ventajas en cuanto a consumo energético y su rendimiento cada vez más competitivo.
Google Cloud reconoce la creciente importancia y las capacidades de los procesadores basados en Arm. Esto se pone de manifiesto en los procesadores Axion de Google, las CPUs diseñadas a medida por Google y creadas a partir de la arquitectura Arm Neoverse. Los procesadores Axion están diseñados para ofrecer un rendimiento excepcional y una eficiencia energética para una amplia gama de cargas de trabajo en la nube.
En Google Cloud, los procesadores basados en Arm, especialmente a través de Google Axion, pueden beneficiar significativamente a varios servicios:
La arquitectura Arm incluye varias familias de procesadores diseñadas para aplicaciones específicas:
La creciente adopción de procesadores basados en Arm, especialmente en entornos de computación de alto rendimiento, se debe a varias ventajas clave:
Una de las principales ventajas de la arquitectura RISC es su capacidad para alcanzar una potencia de procesamiento significativa con un consumo de energía inferior en comparación con las arquitecturas CISC tradicionales. Esta eficiencia se traduce en una reducción de los costes operativos, una menor disipación de calor y la capacidad de incluir más potencia de procesamiento en un mismo límite térmico.
El conjunto de instrucciones más sencillo y el diseño eficiente de los procesadores basados en Arm suelen dar lugar a tamaños de chip más pequeños y a una menor generación de calor. Esto resulta especialmente útil en entornos con poco espacio y permite diseñar sistemas más compactos y eficientes.
La escalabilidad y la adaptabilidad de la arquitectura Arm permiten implementarla en un amplio espectro de dispositivos, desde sensores diminutos hasta potentes CPUs de servidores. Esta versatilidad la convierte en una tecnología fundamental para el panorama informático, cada vez más interconectado y diverso.
A pesar de su creciente popularidad, los procesadores basados en Arm siguen enfrentándose a ciertos retos:
Históricamente, el ecosistema de software para servidores basados en Arm y computación de alto rendimiento ha sido menos maduro en comparación con el ecosistema x86. Aunque esta situación está cambiando rápidamente gracias al aumento de la compatibilidad con sistemas operativos, compiladores y desarrolladores de aplicaciones, algunas aplicaciones antiguas pueden requerir una recompilaciación o no estar disponibles para las arquitecturas Arm.
Aunque los procesadores basados en Arm son cada vez más potentes, algunas cargas de trabajo muy especializadas que se han optimizado para arquitecturas x86 durante muchos años podrían seguir ofreciendo una ventaja de rendimiento en esas plataformas. Sin embargo, esta brecha se está reduciendo con cada nueva generación de procesadores de servidor basados en Arm.
La eficiencia energética y el mayor rendimiento de los procesadores basados en Arm los hacen atractivos para diversas aplicaciones empresariales:
En Google Cloud, imaginamos un futuro en el que la arquitectura Arm desempeñe un papel cada vez más importante a la hora de impulsar cargas de trabajo diversas. La introducción de los procesadores Google Axion supone un compromiso a largo plazo con esta arquitectura, ya que ofrece a los clientes una alternativa atractiva en términos de rendimiento y eficiencia.
Aunque la arquitectura Arm tiene sus orígenes en el móvil, ha evolucionado de forma espectacular. Arm Neoverse, la base de los procesadores Axion de Google diseñados a medida, demuestra su capacidad para ofrecer un procesamiento de alto rendimiento de nivel de servidor. Axion se ha diseñado específicamente para gestionar cargas de trabajo exigentes de centros de datos, como el HPC, y ofrece mejoras sustanciales en el rendimiento y la eficiencia en Google Cloud. Esto se ve respaldado por el núcleo Neoverse V2 de Axion y las comparativas de rendimiento que hemos observado.
El ecosistema de software para Arm se está expandiendo rápidamente. Google Cloud apoya activamente este crecimiento asegurando la compatibilidad con una amplia gama de compiladores, como Arm Compiler para Linux, y bibliotecas científicas, como Arm Performance Libraries. Además, muchas herramientas de software libre y aplicaciones de ISVs ya están disponibles y optimizadas para Arm. En Google Cloud, los usuarios se benefician de imágenes de SO compatibles en Compute Engine, compatibilidad con contenedores de arquitecturas múltiples en GKE y las contribuciones continuas de Google a la comunidad de desarrollo de software de Arm. También proporcionamos recursos y herramientas para facilitar el proceso de migración.
Google Cloud te ayuda a empezar a usar Arm para HPC. Los usuarios pueden lanzar rápidamente máquinas virtuales ARM con Axion en Compute Engine o desplegar contenedores ARM en GKE con herramientas y flujos de trabajo que ya conocen. De esta forma, los desarrolladores y los alumnos pueden adquirir habilidades valiosas y preparadas para el futuro en una plataforma en la nube líder. También estamos estudiando la posibilidad de integrar Arm en nuestros programas y laboratorios educativos.
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