I processori basati su Arm funzionano eseguendo il fetch e le istruzioni dalla memoria. L'architettura RISC semplifica questo processo. Ogni istruzione esegue un'operazione di base e le attività complesse vengono completate attraverso una sequenza di queste semplici istruzioni. Questo approccio semplificato comporta un consumo energetico inferiore perché durante ogni ciclo di istruzione sono attivi meno transistor. I moderni processori basati su Arm incorporano funzionalità avanzate come il pipelining (esecuzione di istruzioni sovrapposte), l'esecuzione superscalare (esecuzione di più istruzioni contemporaneamente) e la sofisticata previsione di ramificazione per migliorare le prestazioni mantenendo al contempo l'efficienza energetica.

Il panorama dei processori include diverse architetture chiave. Ecco un confronto che mette in evidenza i processori basati su Arm:

Rispetto alla tradizionale architettura x86, i processori basati su Arm si sono sempre concentrati sull'efficienza energetica. Tuttavia, i progressi dell'architettura Arm, come la serie Neoverse, stanno colmando il divario prestazionale negli ambienti server. Sebbene i processori x86 abbiano da molto tempo l'egemonia nel computing ad alte prestazioni grazie al loro ecosistema software maturo e alla potenza di elaborazione pura per determinati carichi di lavoro, i processori basati su Arm offrono un'alternativa interessante grazie ai vantaggi energetici e a prestazioni sempre più competitive.

Google Cloud riconosce l'importanza e le capacità crescenti dei processori basati su Arm. Questo è evidente nei processori Google Axion, le CPU progettate su misura da Google e basate sull'architettura Arm Neoverse. I processori Axion sono progettati per offrire prestazioni eccezionali ed efficienza energetica per un'ampia gamma di carichi di lavoro cloud.

In Google Cloud, i processori basati su Arm, in particolare tramite Google Axion, possono apportare vantaggi significativi a vari servizi:

• Compute Engine: le istanze Axion su Compute Engine forniscono agli utenti macchine virtuali ad alte prestazioni e a basso consumo energetico adatte a carichi di lavoro impegnativi come la pubblicazione web, i server delle applicazioni e i microservizi
• Google Kubernetes Engine (GKE): l'esecuzione di applicazioni containerizzate su nodi Axion in GKE può aiutare a migliorare il rapporto costo/efficacia e la sostenibilità grazie all'efficienza energetica dei processori, senza compromettere la scalabilità e le prestazioni richieste dagli ambienti containerizzati; GKE supporta cluster con più architetture, consentendo il deployment senza interruzioni delle applicazioni su nodi x86 e Arm
• Dataproc: per l'elaborazione e l'analisi dei big data, l'esecuzione di carichi di lavoro Spark e Hadoop su istanze basate su Axion in Dataproc può aiutare a bilanciare prestazioni e offrire potenziali risparmi sui costi, in particolare per le attività di elaborazione a scalabilità orizzontale
• Dataflow: i carichi di lavoro di elaborazione dei flussi in Dataflow possono sfruttare le prestazioni efficienti dei processori Axion, con il potenziale di ridurre i costi operativi per l'importazione e l'analisi continua dei dati
• Batch: i job di computing ad alte prestazioni (HPC) ed elaborazione batch possono beneficiare della densità dei core e delle prestazioni per watt offerte da Axion su Batch, rendendolo un'opzione praticabile per attività ad alta intensità di calcolo
• Cloud SQL: l'esecuzione di istanze Cloud SQL su Compute Engine con processori Axion può fornire una soluzione conveniente e ad alte prestazioni per i carichi di lavoro di database relazionali
• AlloyDB: AlloyDB, con il suo design compatibile con PostgreSQL, può sfruttare le prestazioni e l'efficienza dei processori Axion per applicazioni transazionali impegnative, con il potenziale di migliorare le prestazioni e ridurre il TCO

L'architettura Arm comprende varie famiglie di processori progettate per applicazioni specifiche:

• Serie Cortex-A: processori ad alte prestazioni che si trovano tipicamente in smartphone, tablet e ora sempre più spesso in laptop e server; questi core sono progettati per sistemi operativi complessi e applicazioni impegnative
• Serie Cortex-M: processori di classe microcontroller ottimizzati per il basso consumo energetico e le applicazioni in tempo reale, comunemente utilizzati in sistemi embedded e dispositivi IoT
• Serie Cortex-R: processori in tempo reale progettati per applicazioni che richiedono risposte deterministiche e a bassa latenza, come sistemi automobilistici e controllo industriale
• Serie Neoverse: processori di livello server progettati per i carichi di lavoro dei data center, caratterizzati da un numero elevato di core, scalabilità delle prestazioni ed efficienza energetica; i processori Google Axion sono basati sull'architettura Neoverse

Nonostante la loro crescente popolarità, i processori basati su Arm devono ancora affrontare alcune sfide:

Storicamente, l'ecosistema software per server basati su Arm e per il computing ad alte prestazioni è stato meno maturo rispetto all'ecosistema x86. Sebbene la situazione stia rapidamente cambiando grazie al supporto crescente da parte di sistemi operativi, compilatori e sviluppatori di applicazioni, alcune applicazioni legacy potrebbero richiedere la ricompilazione o potrebbero non essere immediatamente disponibili per le architetture Arm.

Sebbene i processori basati su Arm stiano diventando sempre più potenti, alcuni carichi di lavoro altamente specializzati che per molti anni sono stati ottimizzati per le architetture x86 potrebbero ancora mostrare un vantaggio in termini di prestazioni su queste piattaforme. Tuttavia, questo divario si riduce con ogni nuova generazione di processori server basati su Arm.

L'efficienza energetica e le prestazioni sempre migliori dei processori basati su Arm li rendono interessanti per varie applicazioni aziendali:

• Cloud computing: i provider come Google Cloud utilizzano processori basati su Arm (Axion) per offrire istanze di computing potenzialmente convenienti e sostenibili per una varietà di carichi di lavoro
• Edge computing: il basso consumo energetico e il fattore di forma ridotto dei processori Arm sono ideali per i dispositivi perimetrali che devono eseguire l'elaborazione locale con risorse energetiche limitate

Google Cloud prevede un futuro in cui l'architettura Arm svolgerà un ruolo sempre più importante nel supportare diversi carichi di lavoro. L'introduzione dei processori Google Axion rappresenta un impegno a lungo termine nei confronto di questa architettura, offrendo ai clienti un'alternativa interessante in termini di prestazioni ed efficienza.

Sebbene l'architettura Arm affondi le sue radici nei dispositivi mobili, si è evoluta notevolmente. Arm Neoverse, la base delle CPU Axion progettate su misura da Google, dimostra la sua capacità di elaborazione di livello server ad alte prestazioni. Axion è progettato specificamente per gestire carichi di lavoro impegnativi per i data center, tra cui l'HPC (computing ad alte prestazioni), offrendo notevoli miglioramenti in termini di prestazioni ed efficienza su Google Cloud. Questo è supportato dal core Neoverse V2 di Axion e dai benchmark delle prestazioni che abbiamo osservato.

L'ecosistema software per Arm si sta espandendo rapidamente. Google Cloud supporta attivamente questa crescita garantendo la compatibilità con un'ampia gamma di compilatori, come Arm Compiler per Linux, e librerie scientifiche, tra cui Arm Performance Libraries. Inoltre, molti strumenti open source e applicazioni ISV sono ora disponibili e ottimizzati per Arm. Su Google Cloud, gli utenti possono usufruire di immagini sistema operativo compatibili su Compute Engine, del supporto per container multi-architettura in GKE e dei contributi continui di Google alla community di sviluppo software Arm. Inoltre, mettiamo a disposizione risorse e strumenti per facilitare il processo di migrazione.

Google Cloud ti aiuta a iniziare a utilizzare Arm per l'HPC (computing ad alte prestazioni). Gli utenti possono avviare rapidamente macchine virtuali Arm basate su Axiom in Compute Engine o eseguire il deployment di container basati su Arm in GKE utilizzando strumenti e flussi di lavoro che conoscono. Si tratta di un percorso accessibile per sviluppatori e studenti per acquisire competenze preziose e pronte per il futuro su una piattaforma cloud leader. Stiamo anche esplorando le opportunità di integrare Arm nei nostri programmi e laboratori didattici.