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:

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:

• Compute Engine: as instâncias Axion no Compute Engine oferecem aos usuários máquinas virtuais de alto desempenho e eficiência energética adequadas para cargas de trabalho exigentes, como disponibilização da Web, servidores de aplicativos e microsserviços
• Google Kubernetes Engine (GKE): a execução de aplicativos conteinerizados em nós Axion no GKE pode ajudar com a potencial relação custo-benefício e sustentabilidade devido à eficiência energética dos processadores, sem comprometer a escalonabilidade e o desempenho exigidos pelos ambientes conteinerizados. O GKE oferece suporte a clusters de várias arquiteturas, permitindo a implantação contínua de aplicativos em nós x86 e Arm.
• Dataproc: para processamento e análise de Big Data, executar cargas de trabalho do Spark e do Hadoop em instâncias com tecnologia Axion no Dataproc pode ajudar a equilibrar o desempenho e a economia de custos, especialmente para tarefas de processamento de escalonamento horizontal.
• Dataflow: as cargas de trabalho de processamento de streaming no Dataflow podem aproveitar o desempenho eficiente dos processadores Axion, potencialmente levando a custos operacionais mais baixos para ingestão e análise contínuas de dados
• Batch: os jobs de computação de alto desempenho (HPC) e processamento em lote podem se beneficiar da densidade de núcleos e do desempenho por watt oferecidos pelo Axion no Batch, tornando-o uma opção viável para tarefas com uso intensivo de computação
• Cloud SQL: executar instâncias do Cloud SQL no Compute Engine com processadores Axion pode ser uma solução econômica e de alto desempenho para cargas de trabalho de banco de dados relacionais
• AlloyDB: o AlloyDB, com o design compatível com o PostgreSQL, pode aproveitar o desempenho e a eficiência dos processadores Axion para aplicativos transacionais exigentes, potencialmente levando a um desempenho melhor e a uma TCO menor.

A arquitetura Arm inclui várias famílias de processadores projetadas para aplicativos específicos:

• Série Cortex-A: processadores de alto desempenho geralmente encontrados em smartphones, tablets e, cada vez mais, em laptops e servidores. Essas CPUs são projetadas para sistemas operacionais complexos e aplicativos exigentes.
• Série Cortex-M: processadores de classe microcontrolador otimizados para baixo consumo de energia e aplicativos em tempo real, comumente usados em sistemas embarcados e dispositivos da Internet das Coisas
• Série Cortex-R: processadores em tempo real projetados para aplicativos que exigem respostas deterministas e de baixa latência, como sistemas automotivos e controle industrial
• Série Neoverse: processadores de nível de servidor projetados para cargas de trabalho de data centers, com foco em alta contagem de núcleos, escalonabilidade de desempenho e eficiência energética. Os processadores Google Axion são criados com base na arquitetura Neoverse.

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:

• Computação em nuvem: provedores como o Google Cloud estão usando processadores baseados em Arm (Axion) para oferecer instâncias de computação potencialmente econômicas e sustentáveis para várias cargas de trabalho
• Computação de borda: o baixo consumo de energia e o pequeno formato dos processadores Arm são ideais para dispositivos de borda que precisam realizar processamento local com recursos de energia limitados

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.