Cấu trúc ARM là gì? Tìm hiểu về bộ xử lý ARM

ARM là một bộ xử lý phổ biến trên điện thoại, laptop dựa trên kiến trúc RISC. Tuy nhiên, nhiều người dùng có lẽ chưa từng nghe qua thuật ngữ này. Cùng Điện máy XANH tìm hiểu cấu trúc ARM là gì và những hãng nào đã sử dụng kiến trúc này trong bài viết sau đây nhé!

1 Bộ xử lý ARM là gì?

ARM là viết tắt của cụm từ Advanced RISC Machine hay Acorn RISC Machine. Đây là một kiến trúc bộ xử lý dựa trên RISC (Reduced Instruction Set Computer - Máy tính có tập lệnh đơn giản hóa) do Arm Holdings, Ltd. phát triển.

Kiến ​​trúc RISC thường tiêu thụ ít tài nguyên bán dẫn hơn so với kiến ​​trúc CISC. Do đó, chip ARM có thể loại bỏ các lệnh không cần thiết, thực hiện nhiều lệnh trong mỗi chu kỳ xung nhằm giảm tiêu thụ điện năng, diện tích và cung cấp hiệu suất cao cho các thiết bị di động như: điện thoại, laptop và máy tính bảng.

Chip ARM được sử dụng phổ biến trên nhiều thiết bị di động

Arm Holdings không có nhà máy sản xuất chip riêng nên chỉ phát triển kiến ​​trúc và cung cấp cho các đối tác để xây dựng hệ thống, thay đổi kiến trúc hoặc sản xuất tự quản lý dưới tên gọi là chip ARM. Các công ty sản xuất SoC (System on Chip) phổ biến như: Nvidia, Texas Instruments, Samsung, Microsoft, Apple,...

Nhiều hãng sản xuất điện tử lớn cũng sử dụng nền tảng từ kiến trúc RISC

2 Các đặc điểm chính của ARM

Các đặc điểm của bộ xử lý ARM gồm:

• Kiến trúc tải/lưu trữ.
• Tập lệnh trực giao.
• Ưu tiên thực hiện chu kỳ đơn.
• Thiết kế tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng.
• Hỗ trợ trạng thái thực thi 64 và 32 bit để đạt hiệu suất cao có khả năng mở rộng.
• Hỗ trợ ảo hóa phần cứng.

Chip ARM hỗ trợ 64 hoặc 32 bit

3 ARM có gì đặc biệt?

Chip ARM có chữ R là viết tắt của RISC, một máy tính có tập lệnh đơn giản hóa, giúp thực hiện mọi chức năng một cách hiệu quả trên một con chip duy nhất. Tập lệnh đơn giản cũng đồng nghĩa với việc bộ xử lý có thể mã hóa chúng bằng số lượng bit ít hơn, giảm tiêu hao bộ nhớ và thời gian chu kỳ thực thi.

Vào năm 1982, các sinh viên tại Đại học California, Berkeley, đã thành công xây dựng kiến trúc RISC đầu tiên bằng cách lựa chọn những chức năng thường xuyên được sử dụng và triển khai chúng trên phần cứng. Trong khi đó, phần còn lại được thực hiện bằng phần mềm, giúp cho SoC với các lõi nhỏ trở nên khả thi.

Chip ARM có thể mã hóa thông tin với số lượng bit thấp

4 Một số hãng đã sử dụng cấu trúc ARM

Arm Holdings, Ltd cung cấp một số phiên bản tùy chỉnh cho phép các công ty đối tác cá nhân hóa cấu trúc lõi xử lý và phát triển những chip độc đáo của riêng họ. Một số hãng đã sử dụng cấu trúc ARM bao gồm:

• Apple: Tự thiết kế và sản xuất nhiều chipset dựa trên cấu trúc ARM cho iPhone, iPad và MacBook.
• Nvidia: Với vai trò chủ yếu là nhà sản xuất GPU, Nvidia đã tận dụng thiết kế Carmel để tạo ra SoC Tegra Xavier 64-bit, được sử dụng trong các thiết bị điện toán Jetson AGX Xavier.
• Samsung: Nhiều bộ vi xử lý ARM 32 bit và 64 bit được sản xuất cho toàn bộ dòng sản phẩm điện tử tiêu dùng của họ gọi là Exynos.
• Ampere Computing: Một công ty khởi nghiệp được thành lập bởi cựu chủ tịch Intel - Renee James, đã sản xuất vi xử lý đa lõi dành cho máy chủ có tên Altra.
• Qualcomm: Chip Snapdragon sử dụng thiết kế lõi có tên Kryo, một biến thể tùy chỉnh của Cortex-A. Ngoài ra, Qualcomm cũng hợp tác với Microsoft và ARM để tạo ra chip SQ1 và SQ2 trên Surface Pro X và Surface Pro X 2020.

Chip Snapdragon cũng được dựa trên kiến trúc ARM

5 Các dòng chip ARM từng được tung ra

Với tầm ảnh hưởng lớn của ARM Holdings, Ltd trong ngành công nghiệp điện tử, nhiều dòng chip và lõi chip đã được sản xuất như:

• Cortex-A: Nhân chip phổ biến trên các dòng điện thoại Android, được trang bị công cụ SMID (tập lệnh đa dữ liệu), có khả năng thực hiện tác vụ truy cập bộ nhớ và xử lý dữ liệu song song trên một tập hợp vector.
• Cortex-R: Giải pháp tính toán hiệu suất cao dành cho hệ thống nhúng cần độ bảo mật cao, đảm bảo tính sẵn sàng và khả năng đáp ứng thời gian thực.
• Cortex-M: Có kích thước nhỏ và không chiếm nhiều không gian trong cấu trúc linh kiện nên được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô.
• Ethos-N: Nổi danh trong ngành công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và thường được áp dụng trong các tác vụ máy học do khả năng tương thích với chúng.
• Ethos-U: Vận hành tương tự như một bộ đồng xử lý Co-processor nên được coi như phiên bản thu nhỏ của Ethos-N.
• Neoverse: Một lõi xử lý chuyên dụng phục vụ các hệ thống máy chủ và trung tâm dữ liệu với tuổi đời còn khá ngắn từ tháng 10/2018.
• SecurCore: Tập trung vào yếu tố bảo mật và được thiết kế dành cho các thẻ thông minh, rất phổ biến trong ngành ngân hàng và thanh toán.

Có nhiều dòng chip ARM khác nhau từng được sản xuất

Hy vọng bài viết giúp bạn hiểu hơn về cấu trúc ARM là gì và những hãng nào đã sử dụng kiến trúc này. Nếu bạn còn bất kỳ câu hỏi nào về công nghệ chip này, hãy bình luận bên dưới để được chuyên viên tư vấn hỗ trợ giải đáp nhé!