Os processadores baseados em Arm são um tipo de arquitetura de unidade central de processamento (CPU) conhecida pela eficiência energética e pelo alto desempenho. Inicialmente usados em dispositivos móveis, esses processadores agora estão sendo usados em uma ampla variedade de computação, desde sistemas embarcados e dispositivos de IoT até servidores e supercomputadores. A filosofia de design, que enfatiza a computação com conjunto reduzido de instruções (RISC), permite que eles alcancem um desempenho significativo por watt, tornando-os uma escolha atraente para ambientes de computação modernos e preocupados com o consumo de energia.
No núcleo, um processador baseado em Arm usa uma arquitetura de computação com um conjunto reduzido de instruções (RISC). Isso contrasta com a arquitetura de computação de conjunto de instruções complexas (CISC, na sigla em inglês) usada pelos processadores x86 tradicionais. As arquiteturas RISC empregam um conjunto menor de instruções mais simples, que geralmente são executadas mais rapidamente e exigem menos energia.
Os processadores baseados em ARM operam buscando e executando instruções da memória. A arquitetura RISC simplifica esse processo. Cada instrução executa uma operação básica, e tarefas complexas são realizadas por meio de uma sequência dessas instruções simples. Essa abordagem simplificada leva a um menor consumo de energia porque menos transistores estão ativos durante cada ciclo de instrução. Os processadores modernos baseados em Arm incorporam recursos avançados, como pipelining (execução de instruções sobrepostas), execução superescalar (execução de várias instruções simultaneamente) e previsão de ramificação sofisticada para melhorar o desempenho e manter a eficiência energética.
O cenário de processadores inclui várias arquiteturas principais. Confira uma comparação destacando os processadores baseados em Arm:
Recurso | Processadores baseados em Arm | Processadores Intel (X86) |
Arquitetura | RISC (computação com um conjunto reduzido de instruções) | CISC (Complex Instruction Set Computing) |
Eficiência energética | Geralmente maior, projetado para baixo consumo de energia | Historicamente menor, mas melhorando com os designs mais recentes |
Desempenho | Avanço rápido, agora competitivo em muitas áreas | Historicamente forte em computação de alto desempenho |
Custo | Geralmente menor, especialmente para aplicativos incorporados e móveis | Pode ser maior, principalmente para CPUs de servidores de última geração |
Presença de mercado | Dominante em dispositivos móveis, crescendo em incorporados, IoT e servidores | Dominante nos mercados de computadores e servidores tradicionais |
Conjunto de instruções | Instruções mais simples e de comprimento fixo | Instruções complexas e de tamanho variável |
Recurso
Processadores baseados em Arm
Processadores Intel (X86)
Arquitetura
RISC (computação com um conjunto reduzido de instruções)
CISC (Complex Instruction Set Computing)
Eficiência energética
Geralmente maior, projetado para baixo consumo de energia
Historicamente menor, mas melhorando com os designs mais recentes
Desempenho
Avanço rápido, agora competitivo em muitas áreas
Historicamente forte em computação de alto desempenho
Custo
Geralmente menor, especialmente para aplicativos incorporados e móveis
Pode ser maior, principalmente para CPUs de servidores de última geração
Presença de mercado
Dominante em dispositivos móveis, crescendo em incorporados, IoT e servidores
Dominante nos mercados de computadores e servidores tradicionais
Conjunto de instruções
Instruções mais simples e de comprimento fixo
Instruções complexas e de tamanho variável
Em comparação com a arquitetura x86 tradicional, os processadores baseados em Arm sempre se concentraram na eficiência energética. No entanto, os avanços na arquitetura Arm, como a série Neoverse, estão diminuindo a diferença de desempenho em ambientes de servidor. Embora os processadores x86 tenham um domínio de longa data na computação de alto desempenho devido ao ecossistema de software maduro e ao poder de processamento bruto para determinadas cargas de trabalho, os processadores baseados em Arm oferecem uma alternativa interessante com vantagens de energia e desempenho cada vez mais competitivo.
O Google Cloud reconhece a importância e os recursos crescentes dos processadores baseados em Arm. Isso fica evidente nos processadores Google Axion, as CPUs personalizadas do Google criadas com base na arquitetura Arm Neoverse. Os processadores Axion foram criados para oferecer desempenho excepcional e eficiência energética para uma ampla gama de cargas de trabalho na nuvem.
No Google Cloud, os processadores baseados em Arm, especialmente o Google Axion, podem beneficiar significativamente vários serviços:
A arquitetura Arm inclui várias famílias de processadores projetadas para aplicativos específicos:
A crescente adoção de processadores baseados em Arm, principalmente em ambientes de computação de alto desempenho, é impulsionada por várias vantagens principais:
Uma vantagem fundamental da arquitetura RISC é a capacidade de alcançar um poder de processamento significativo com menor consumo de energia em comparação com as arquiteturas CISC tradicionais. Essa eficiência se traduz em custos operacionais reduzidos, menor dissipação de calor e a capacidade de agregar mais poder de processamento em um determinado envelope térmico.
O conjunto de instruções mais simples e o design eficiente dos processadores baseados em Arm geralmente resultam em tamanhos de die menores e geração de calor mais baixa. Isso é especialmente benéfico em ambientes com pouco espaço e permite designs de sistemas mais compactos e eficientes.
A escalonabilidade e a adaptabilidade da arquitetura Arm permitem que ela seja implementada em um amplo espectro de dispositivos, desde pequenos sensores até CPUs de servidores potentes. Essa versatilidade faz dela uma tecnologia fundamental para o cenário de computação cada vez mais interconectado e diversificado.
Apesar da crescente proeminência, os processadores baseados em Arm ainda enfrentam alguns desafios:
Historicamente, o ecossistema de software para servidores baseados em Arm e computação de alto desempenho tem sido menos maduro em comparação com o ecossistema x86. Isso está mudando rapidamente com o aumento do suporte de sistemas operacionais, compiladores e desenvolvedores de aplicativos, mas alguns aplicativos legados podem precisar de recompilação ou podem não estar disponíveis para arquiteturas Arm.
Embora os processadores baseados em Arm estejam cada vez mais potentes, certas cargas de trabalho altamente especializadas que foram otimizadas para arquiteturas x86 ao longo dos anos ainda podem ter uma vantagem de desempenho nessas plataformas. No entanto, essa diferença está diminuindo com cada nova geração de processadores de servidor baseados em Arm.
A eficiência energética e o aumento do desempenho dos processadores baseados em Arm os tornam atraentes para vários aplicativos comerciais:
O Google Cloud imagina um futuro em que a arquitetura Arm desempenha um papel cada vez mais importante no fornecimento de cargas de trabalho diversas. A introdução dos processadores Axion do Google representa um compromisso de longo prazo com essa arquitetura, oferecendo aos clientes uma alternativa interessante para desempenho e eficiência.
A arquitetura Arm tem suas raízes em dispositivos móveis, mas evoluiu drasticamente. O Arm Neoverse, a base das CPUs Axion projetadas sob medida pelo Google, demonstra a capacidade de processamento de alto desempenho de nível de servidor. O Axion foi criado especificamente para lidar com cargas de trabalho exigentes de data centers, incluindo HPC, oferecendo ganhos substanciais de desempenho e eficiência no Google Cloud. Isso é comprovado pelo núcleo Neoverse V2 da Axion e pelos comparativos de mercado de desempenho que observamos.
O ecossistema de software para Arm está crescendo rapidamente. O Google Cloud apoia ativamente esse crescimento garantindo a compatibilidade com uma ampla variedade de compiladores, como o Arm Compiler para Linux, e bibliotecas científicas, incluindo as Arm Performance Libraries. Além disso, muitas ferramentas de código aberto e aplicativos de ISV estão disponíveis e otimizados para o Arm. No Google Cloud, os usuários se beneficiam das imagens de SO compatíveis no Compute Engine, do suporte a contêineres de várias arquiteturas no GKE e das contribuições contínuas do Google para a comunidade de desenvolvimento de software Arm. Também oferecemos recursos e ferramentas para facilitar o processo de migração.
O Google Cloud ajuda você a começar a usar o Arm para HPC. Os usuários podem iniciar rapidamente máquinas virtuais Arm com Axion no Compute Engine ou implantar contêineres baseados em Arm no GKE usando fluxos de trabalho e ferramentas familiares. Isso oferece um Programa de treinamentos acessível para desenvolvedores e estudantes adquirirem habilidades valiosas e preparadas para o futuro em uma plataforma de nuvem líder do setor. Também estamos buscando oportunidades para integrar a Arm aos nossos programas e laboratórios educacionais.
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