Prosesor berbasis Arm beroperasi dengan mengambil dan menjalankan petunjuk dari memori. Arsitektur RISC menyederhanakan proses tersebut. Setiap petunjuk melakukan operasi dasar, dan tugas kompleks dapat diselesaikan melalui rangkaian petunjuk sederhana ini. Pendekatan yang efisien ini menghasilkan konsumsi daya yang lebih rendah karena lebih sedikit transistor yang aktif selama setiap siklus petunjuk. Prosesor modern berbasis Arm menggabungkan fitur-fitur canggih seperti pipelining (eksekusi petunjuk yang tumpang tindih), eksekusi superscalar (eksekusi beberapa petunjuk secara bersamaan), dan prediksi cabang yang canggih untuk meningkatkan performa sekaligus mempertahankan efisiensi energi.

Lanskap prosesor mencakup beberapa arsitektur utama. Berikut perbandingan yang menyoroti prosesor berbasis Arm:

Dibandingkan dengan arsitektur x86 tradisional, prosesor berbasis Arm secara historis berfokus pada efisiensi daya. Namun, kemajuan dalam arsitektur Arm, seperti seri Neoverse, telah menutup kesenjangan performa di lingkungan server. Meskipun prosesor x86 telah lama mendominasi komputasi berperforma tinggi karena ekosistem software yang matang dan daya pemrosesan mentah untuk workload tertentu, prosesor berbasis Arm menawarkan alternatif menarik dengan keunggulan energi dan performa yang semakin kompetitif.

Google Cloud menyadari pentingnya dan kemampuan prosesor berbasis Arm yang semakin berkembang. Hal ini terbukti dalam Prosesor Axion Google, CPU yang dirancang khusus oleh Google dan dibangun di arsitektur Arm Neoverse. Prosesor Axion dirancang untuk memberikan performa yang luar biasa dan efisiensi energi untuk berbagai workload cloud.

Di Google Cloud, prosesor berbasis Arm, khususnya melalui Axion Google, dapat memberikan manfaat yang signifikan bagi berbagai layanan:

• Compute Engine: Instance Axion di Compute Engine menyediakan virtual machine berperforma tinggi dan hemat energi kepada pengguna, yang cocok untuk workload yang menuntut seperti penyajian web, server aplikasi, dan microservice
• Google Kubernetes Engine (GKE): Menjalankan aplikasi dalam container di node Axion di GKE dapat membantu potensi efektivitas biaya dan keberlanjutan karena efisiensi daya prosesor, tanpa mengorbankan skalabilitas dan performa yang dibutuhkan oleh lingkungan dalam container. GKE mendukung cluster multi-arsitektur, sehingga memungkinkan deployment aplikasi yang lancar di node x86 dan Arm
• Dataproc: Untuk pemrosesan dan analisis big data, menjalankan workload Spark dan Hadoop di instance yang didukung Axion di Dataproc dapat membantu menyeimbangkan performa dan potensi penghematan biaya, terutama untuk tugas pemrosesan penyebaran skala
• Dataflow: Workload stream processing di Dataflow dapat memanfaatkan performa efisien dari prosesor Axion, yang berpotensi menghasilkan biaya operasional yang lebih rendah untuk penyerapan dan analisis data berkelanjutan
• Batch: Tugas komputasi berperforma tinggi (HPC) dan batch processing dapat memanfaatkan kepadatan inti dan performa per watt yang ditawarkan oleh Axion di Batch, sehingga menjadikannya opsi yang valid untuk tugas-tugas yang membutuhkan komputasi intensif
• Cloud SQL: Menjalankan instance Cloud SQL di Compute Engine yang didukung oleh prosesor Axion dapat memberikan solusi yang hemat biaya dan berperforma tinggi untuk workload database relasional
• AlloyDB: AlloyDB, dengan desainnya yang kompatibel dengan PostgreSQL, dapat memanfaatkan performa dan efisiensi prosesor Axion untuk aplikasi transaksional yang menuntut, yang berpotensi menghasilkan peningkatan performa dan TCO yang lebih rendah

Arsitektur Arm mencakup berbagai jenis prosesor yang dirancang untuk aplikasi tertentu:

• Cortex-A series: Prosesor berperforma tinggi yang biasanya ditemukan di smartphone, tablet, dan kini makin banyak di laptop dan server; core ini dirancang untuk sistem operasi yang kompleks dan aplikasi yang menuntut performa tinggi
• Cortex-M series: Prosesor kelas mikrokontroler yang dioptimalkan untuk konsumsi daya rendah dan aplikasi real-time, yang umumnya digunakan dalam sistem tersemat dan perangkat IoT
• Cortex-R series: Prosesor real-time yang dirancang untuk aplikasi yang memerlukan respons yang determenistik dan berlatensi rendah, seperti sistem otomotif dan kontrol industri
• Seri Neoverse: Prosesor kelas server yang dirancang untuk workload pusat data, yang berfokus pada jumlah inti yang tinggi, skalabilitas performa, dan efisiensi daya; Prosesor Axion Google dibangun berdasarkan arsitektur Neoverse

Meskipun semakin populer, prosesor berbasis Arm masih menghadapi beberapa tantangan:

Secara historis, ekosistem software untuk server berbasis Arm dan komputasi berperforma tinggi kurang matang dibandingkan dengan ekosistem x86. Meskipun hal ini berubah dengan cepat berkat dukungan yang semakin besar dari sistem operasi, compiler, dan developer aplikasi, beberapa aplikasi lama mungkin memerlukan kompilasi ulang atau mungkin tidak tersedia untuk arsitektur Arm.

Meskipun prosesor berbasis Arm semakin canggih, workload tertentu yang sangat terspesialisasi dan telah dioptimalkan untuk arsitektur x86 selama bertahun-tahun mungkin masih memiliki performa yang lebih unggul di platform tersebut. Namun, kesenjangan ini semakin mengecil seiring dengan generasi baru prosesor server berbasis Arm.

Efisiensi energi dan peningkatan performa prosesor berbasis Arm menjadikannya menarik untuk berbagai aplikasi bisnis:

• Cloud computing: Penyedia seperti Google Cloud menggunakan prosesor berbasis Arm (Axion) untuk menawarkan instance komputasi yang hemat biaya dan ramah lingkungan untuk berbagai workload
• Edge computing: Konsumsi daya rendah dan faktor bentuk kecil dari prosesor Arm sangat ideal untuk perangkat edge yang perlu melakukan pemrosesan lokal dengan daya terbatas

Google Cloud membayangkan masa depan di mana arsitektur Arm memainkan peran yang semakin signifikan dalam mendukung berbagai workload. Pengenalan Prosesor Axion Google menandakan komitmen jangka panjang terhadap arsitektur ini, yang menawarkan alternatif performa dan efisiensi yang menarik bagi pelanggan.

Meskipun arsitektur Arm berasal dari perangkat seluler, arsitektur ini telah berkembang secara dramatis. Arm Neoverse, yang menjadi dasar dari Axion CPU yang dirancang khusus oleh Google, menunjukkan kemampuannya untuk pemrosesan kelas server berperforma tinggi. Axion dirancang khusus untuk menangani workload pusat data yang menuntut, termasuk HPC, sehingga menghasilkan peningkatan performa dan efisiensi yang signifikan di Google Cloud. Hal ini didukung oleh inti Neoverse V2 Axion dan tolok ukur performa yang kami amati.

Ekosistem software untuk Arm berkembang pesat. Google Cloud secara aktif mendukung pertumbuhan ini dengan memastikan kompatibilitas dengan berbagai compiler, seperti Arm Compiler untuk Linux, dan library ilmiah, termasuk Arm Performance Libraries. Selain itu, banyak alat open source dan aplikasi ISV kini tersedia dan dioptimalkan untuk Arm. Di Google Cloud, pengguna akan mendapatkan manfaat dari OS image yang kompatibel di Compute Engine, dukungan container multi-arsitektur di GKE, dan kontribusi berkelanjutan Google terhadap komunitas pengembangan software Arm. Kami juga menyediakan sumber daya dan alat untuk memfasilitasi proses migrasi.

Google Cloud membantu Anda memulai Arm untuk HPC. Pengguna dapat dengan cepat meluncurkan virtual machine Arm yang didukung Axion di Compute Engine atau men-deploy container berbasis Arm di GKE menggunakan alat dan alur kerja yang sudah dikenal. Hal ini menyediakan pembelajaran yang mudah diakses bagi developer dan siswa untuk mendapatkan keterampilan berharga yang siap digunakan pada masa depan di platform cloud terkemuka. Kami juga sedang menjajaki peluang untuk mengintegrasikan Arm ke dalam program dan lab pendidikan kami.