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:

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:

• Compute Engine: las instancias de Axion en Compute Engine proporcionan a los usuarios máquinas virtuales de alto rendimiento y eficientes desde el punto de vista energético, que son adecuadas para cargas de trabajo exigentes, como el servicio web, los servidores de aplicaciones y los microservicios.
• Google Kubernetes Engine (GKE): ejecutar aplicaciones en contenedores en nodos Axion en GKE puede ayudar a mejorar la relación coste-eficacia y la sostenibilidad gracias a la eficiencia energética de los procesadores, sin comprometer la escalabilidad y el rendimiento que requieren los entornos de contenedores. GKE admite clústeres de arquitecturas múltiples, lo que permite desplegar aplicaciones sin problemas en nodos x86 y Arm.
• Dataproc: para el procesamiento y las analíticas de Big Data, ejecutar cargas de trabajo de Spark y Hadoop en instancias con tecnología de Axiom en Dataproc puede ayudarte a equilibrar el rendimiento y el posible ahorro de costes, sobre todo en tareas de procesamiento de escalado
• Dataflow: las cargas de trabajo de procesamiento de streaming en Dataflow pueden aprovechar el rendimiento eficiente de los procesadores Axion, lo que podría reducir los costes operativos de ingestión y análisis de datos continuos.
• Batch: los trabajos de computación de alto rendimiento (HPC) y de procesamiento por lotes pueden beneficiarse de la densidad de núcleos y el rendimiento por vatio que ofrece Axion en Batch, lo que lo convierte en una opción viable para tareas que requieren un gran uso de recursos de computación.
• Cloud SQL: ejecutar instancias de Cloud SQL en Compute Engine con procesadores Axion puede proporcionar una solución rentable y eficaz para cargas de trabajo de bases de datos relacionales
• AlloyDB: AlloyDB, con su diseño compatible con PostgreSQL, puede aprovechar el rendimiento y la eficiencia de los procesadores Axion para aplicaciones transaccionales exigentes, lo que puede dar lugar a un mejor rendimiento y un menor coste total de propiedad (CTP).

La arquitectura Arm incluye varias familias de procesadores diseñadas para aplicaciones específicas:

• Serie Cortex-A: procesadores de alto rendimiento que suelen encontrarse en smartphones y tablets, y cada vez más en portátiles y servidores; estos núcleos están diseñados para sistemas operativos complejos y aplicaciones exigentes
• Serie Cortex-M: procesadores de clase microcontrolador optimizados para un bajo consumo de energía y aplicaciones en tiempo real, que se suelen usar en sistemas embebidos y dispositivos del Internet de las cosas
• Serie Cortex-R: procesadores en tiempo real diseñados para aplicaciones que requieren respuestas deterministas y con baja latencia, como los sistemas de automoción y el control industrial
• Serie Neoverse: procesadores de calidad de servidor diseñados para cargas de trabajo de centros de datos, que se centran en un alto número de núcleos, la escalabilidad del rendimiento y la eficiencia energética. Los procesadores Google Axion se basan en la arquitectura Neoverse.

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:

• Cloud computing: proveedores como Google Cloud están usando procesadores basados en Arm (Axion) para ofrecer instancias de computación sostenibles y rentables para una gran variedad de cargas de trabajo
• Informática perimetral: el bajo consumo de energía y el pequeño factor de forma de los procesadores Arm son ideales para los dispositivos perimetrales que necesitan realizar un procesamiento local con recursos de energía limitados

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.