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:

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:

• Compute Engine: Las instancias de Axion en Compute Engine les proporcionan a los usuarios máquinas virtuales de alto rendimiento y con eficiencia energética adecuadas para cargas de trabajo exigentes, como la entrega de sitios web, los servidores de aplicaciones y los microservicios.
• Google Kubernetes Engine (GKE): Ejecutar aplicaciones alojadas en contenedores en nodos de Axion en GKE puede ayudar con la rentabilidad y sustentabilidad potenciales debido a la eficiencia energética de los procesadores, sin comprometer la escalabilidad y el rendimiento que requieren los entornos alojados en contenedores; GKE admite clústeres de arquitecturas múltiples, lo que permite la implementación sin inconvenientes de aplicaciones en nodos x86 y Arm.
• Dataproc: Para el procesamiento y el análisis de macrodatos, ejecutar cargas de trabajo de Spark y Hadoop en instancias potenciadas por Axion en Dataproc puede ayudar a equilibrar el rendimiento y el ahorro de costos potencial, especialmente para las tareas de procesamiento de escalamiento horizontal
• Dataflow: Las cargas de trabajo de procesamiento de transmisión en Dataflow pueden aprovechar el rendimiento eficiente de los procesadores Axion, lo que puede generar menores costos operativos para la transferencia y el análisis continuos de datos.
• Batch: Los trabajos de computación de alto rendimiento (HPC) y 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 de procesamiento intensivo.
• Cloud SQL: Ejecutar instancias de Cloud SQL en Compute Engine con procesadores Axion puede proporcionar una solución rentable y de alto rendimiento para las 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 podría mejorar el rendimiento y reducir el TCO.

La arquitectura Arm abarca varias familias de procesadores diseñados para aplicaciones específicas:

• Serie Cortex-A: Procesadores de alto rendimiento que suelen encontrarse en smartphones, tablets y, cada vez más, en laptops y servidores; estos núcleos están diseñados para sistemas operativos complejos y aplicaciones exigentes.
• Serie Cortex-M: Procesadores de clase microcontrolador optimizados para aplicaciones en tiempo real y bajo consumo de energía, que se usan comúnmente en sistemas integrados y dispositivos de IoT
• Serie Cortex-R: Procesadores en tiempo real diseñados para aplicaciones que requieren respuestas determinísticas y de baja latencia, como sistemas automotrices y control industrial
• Serie Neoverse: Procesadores de nivel de servidor diseñados para cargas de trabajo de centros de datos, que se enfocan en una gran cantidad de núcleos, escalabilidad del rendimiento y eficiencia energética; los procesadores Google Axion se crean con la arquitectura Neoverse

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:

• Computación en la nube: Los proveedores, como Google Cloud, usan procesadores basados en Arm (Axion) para ofrecer instancias de procesamiento potencialmente rentables y sustentables para una variedad de cargas de trabajo.
• Procesamiento perimetral: El bajo consumo de energía y el factor de forma pequeño de los procesadores Arm son ideales para dispositivos perimetrales que necesitan realizar un procesamiento local con recursos de energía limitados.

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.