Los procesadores basados en Arm son un tipo de arquitectura de unidad central de procesamiento (CPU) conocida por su eficiencia energética y su rendimiento cada vez más alto. Estos procesadores, que inicialmente eran populares en dispositivos móviles, ahora potencian una gama más amplia de dispositivos de procesamiento, desde sistemas integrados y dispositivos de IoT hasta servidores y hasta supercomputadoras. Su filosofía de diseño, que hace hincapié en el procesamiento con conjuntos de instrucciones reducidos (RISC), les permite lograr un rendimiento significativo por vatio, lo que los convierte en una opción atractiva para los entornos de computación modernos que son conscientes del consumo de energía.
En esencia, un procesador basado en Arm utiliza una arquitectura de procesamiento con conjuntos de instrucciones reducidos (RISC). Esto contrasta con la arquitectura de procesamiento con conjuntos de instrucciones complejos (CISC) que usan los procesadores x86 tradicionales. Las arquitecturas RISC usan un conjunto más pequeño de instrucciones más simples, que generalmente se ejecutan más rápido y requieren menos energía.
Los procesadores basados en ARM funcionan a través de la recuperación y ejecución de instrucciones de la memoria. La arquitectura RISC simplifica este proceso. Cada instrucción realiza una operación básica y las tareas complejas se llevan a cabo a través de una secuencia de estas instrucciones simples. Este enfoque optimizado reduce el consumo de energía porque hay menos transistores activos durante cada ciclo de instrucción. Los procesadores modernos basados en Arm incorporan funciones avanzadas, como la canalización (superposición de la ejecución de instrucciones), la ejecución superescalar (ejecución de múltiples instrucciones simultáneamente) y la predicción de ramas sofisticadas para mejorar el rendimiento y, al mismo tiempo, mantener la eficiencia energética.
El panorama de los procesadores incluye varias arquitecturas clave. Esta es una comparación que destaca los procesadores basados en Arm:
Función | Procesadores basados en Arm | Procesadores Intel (X86) |
Arquitectura | RISC (procesamiento con conjuntos de instrucciones reducidos) | CISC (procesamiento con conjuntos de instrucciones complejos) |
Eficiencia energética | Generalmente más alta, diseñados para un consumo de energía bajo | Históricamente más baja, pero mejorando en los diseños más nuevos |
Rendimiento | Progresando rápidamente, ahora es competitivo en muchas áreas | Históricamente sólido en la computación de alto rendimiento |
Costo | A menudo, es más bajo, especialmente para aplicaciones integradas y para dispositivos móviles | Puede ser mayor, en especial para las CPU de servidores de gama alta |
Presencia en el mercado | Dominante en dispositivos móviles, en aumento en dispositivos integrados, IoT y servidores | Dominante en los mercados de computadoras de escritorio y servidores tradicionales |
Conjunto de instrucciones | Instrucciones más simples y de longitud fija | Instrucciones complejas de longitud variable |
Función
Procesadores basados en Arm
Procesadores Intel (X86)
Arquitectura
RISC (procesamiento con conjuntos de instrucciones reducidos)
CISC (procesamiento con conjuntos de instrucciones complejos)
Eficiencia energética
Generalmente más alta, diseñados para un consumo de energía bajo
Históricamente más baja, pero mejorando en los diseños más nuevos
Rendimiento
Progresando rápidamente, ahora es competitivo en muchas áreas
Históricamente sólido en la computación de alto rendimiento
Costo
A menudo, es más bajo, especialmente para aplicaciones integradas y para dispositivos móviles
Puede ser mayor, en especial para las CPU de servidores de gama alta
Presencia en el mercado
Dominante en dispositivos móviles, en aumento en dispositivos integrados, IoT y servidores
Dominante en los mercados de computadoras de escritorio y servidores tradicionales
Conjunto de instrucciones
Instrucciones más simples 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 servidores. Si bien los procesadores x86 tienen un dominio de larga data en la computación de alto rendimiento debido a su ecosistema de software maduro y su potencia de procesamiento bruta para ciertas cargas de trabajo, los procesadores basados en Arm ofrecen una alternativa atractiva con sus ventajas energéticas y un rendimiento cada vez más competitivo.
Google Cloud reconoce la importancia y las capacidades crecientes de los procesadores basados en Arm. Esto es evidente en los procesadores Google Axion, las CPU personalizadas de Google creadas con la arquitectura Arm Neoverse. Los procesadores Axion están diseñados para ofrecer un rendimiento excepcional y una eficiencia energética excepcional para una amplia variedad de cargas de trabajo en la nube.
En Google Cloud, los procesadores basados en Arm, en particular a través de Google Axion, pueden beneficiar significativamente a varios servicios:
La arquitectura Arm abarca varias familias de procesadores diseñados para aplicaciones específicas:
La adopción creciente de procesadores basados en Arm, en particular en entornos de computación de alto rendimiento, se debe a varias ventajas clave:
Una fortaleza fundamental de la arquitectura RISC es su capacidad de lograr una potencia de procesamiento significativa con un menor consumo de energía en comparación con las arquitecturas CISC tradicionales. Esta eficiencia se traduce en costos operativos reducidos, menor disipación de calor y la capacidad de incluir más potencia de procesamiento en una envolvente térmica determinada.
El conjunto de instrucciones más simple y el diseño eficiente de los procesadores basados en Arm suelen dar como resultado tamaños de matriz más pequeños y una generación de calor más baja. Esto es particularmente beneficioso en entornos con limitaciones de espacio y permite diseños de sistemas más compactos y eficientes.
La escalabilidad y adaptabilidad de la arquitectura Arm permiten implementarla en una amplia gama de dispositivos, desde sensores diminutos hasta potentes CPU 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 importancia, los procesadores basados en Arm aún enfrentan ciertos desafíos:
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. Si bien esto está cambiando rápidamente con un aumento de la compatibilidad por parte de los sistemas operativos, los compiladores y los desarrolladores de aplicaciones, algunas aplicaciones heredadas pueden requerir una recompilación o pueden no estar disponibles para las arquitecturas Arm.
Si bien los procesadores basados en Arm se están volviendo cada vez más potentes, es posible que ciertas cargas de trabajo altamente especializadas que se optimizaron para arquitecturas x86 durante muchos años aún tengan una ventaja de rendimiento en esas plataformas. Sin embargo, esta brecha se está reduciendo con cada nueva generación de procesadores de servidores basados en Arm.
La eficiencia energética y el aumento del rendimiento de los procesadores basados en Arm los hacen atractivos para varias aplicaciones empresariales:
Google Cloud prevé un futuro en el que la arquitectura Arm desempeñe un papel cada vez más importante en la potenciación de diversas cargas de trabajo. La presentación de los procesadores Google Axion significa un compromiso a largo plazo con esta arquitectura, lo que les ofrece a los clientes una alternativa atractiva en cuanto a rendimiento y eficiencia.
Si bien la arquitectura Arm tiene sus raíces en los dispositivos móviles, ha evolucionado de forma notable. Arm Neoverse, la base de las CPU Axion de diseño personalizado de Google, demuestra su capacidad de procesamiento de alto rendimiento de nivel de servidor. Axion está diseñado específicamente para manejar cargas de trabajo de centros de datos exigentes, incluida la HPC, y ofrece mejoras sustanciales en el rendimiento y la eficiencia en Google Cloud. Esto está respaldado por el núcleo Neoverse V2 de Axion y las comparativas de rendimiento que observamos.
El ecosistema de software para Arm se está expandiendo rápidamente. Google Cloud apoya activamente este crecimiento garantizando la compatibilidad con una amplia gama de compiladores, como Arm Compiler para Linux, y bibliotecas científicas, incluidas las bibliotecas de rendimiento de Arm. Además, muchas herramientas de código abierto y aplicaciones de ISV ahora 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 varias arquitecturas 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 comenzar a usar Arm para la HPC. Los usuarios pueden iniciar rápidamente máquinas virtuales Arm potenciadas por Axion en Compute Engine o implementar contenedores basados en Arm en GKE con herramientas y flujos de trabajo conocidos. Esto proporciona una ruta de aprendizaje accesible para que los desarrolladores y los estudiantes adquieran habilidades valiosas y listas para el futuro en una plataforma de nube líder. También estamos explorando oportunidades para integrar Arm en nuestros programas y labs educativos.
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