Tout ce que vous devez savoir sur les processeurs ARM

On parle beaucoup des processeurs ARM en ce moment, et même Apple a décidé d’abandonner l’architecture traditionnelle x86-64 pour l’architecture ARM. Cet article explique ce qu’est l’architecture ARM, comment elle fonctionne et en quoi elle diffère de l’architecture standard des PC.

Tous les ordinateurs personnels, tablettes, ordinateurs portables, smartphones, etc. utilisent un processeur où la plupart des calculs réels ont lieu. Le processeur reçoit des instructions, les exécute, puis produit le résultat. Avec l’évolution de la technologie, les fabricants sont passés aux processeurs multi-cœurs.

Les ordinateurs utilisent généralement des processeurs Intel ou AMD. Ces processeurs sont conçus pour fournir des performances optimales dans les PC de bureau, car ils disposent d’alimentations fiables et efficaces, de processeurs graphiques spéciaux et de systèmes de refroidissement particuliers. Cependant, la conception mobile doit tenir compte de plusieurs aspects : pour rester “mobile”, les batteries et les alimentations doivent être plus petites, il n’y a pas de place pour les systèmes de refroidissement, etc. et la conception du processeur doit donc être différente.

Les processeurs dotés de l’architecture ARM ont jusqu’à présent été conçus principalement pour les appareils mobiles et les téléviseurs intelligents, car il s’agit de processeurs à faible puissance qui ne nécessitent pas de système de refroidissement, ce qui les rend idéaux pour ces appareils. Cependant, la situation a changé et leur utilisation est de plus en plus courante, il est donc important de savoir comment ils fonctionnent.

Qu’est-ce que l’architecture ARM ?

Pour résoudre ces problèmes, les fabricants ont décidé de remplacer l’architecture des processeurs des ordinateurs de bureau par une architecture plus adaptée aux ordinateurs mobiles. Les processeurs ARM constituent un choix idéal car ils utilisent une méthode de traitement plus simple et moins gourmande en énergie. C’est ce qui ressort du nom ARM, qui signifie Advanced RISC Machine, où RISC signifie Reduced Instruction Set Computer.

Le RISC n’est pas une technologie en soi, mais une idéologie de conception. Les processeurs ARM sont conçus pour être aussi efficaces que possible, n’acceptant que les instructions qui peuvent être exécutées en un seul cycle mémoire. Le processus général des processeurs consiste à extraire, décoder et exécuter une instruction, et comme les modules RISC sont de 32 bits, cela limite le nombre d’instructions pouvant être traitées dans le cadre de cette fonction d’extraction, de décodage et d’exécution.

Sans entrer dans les détails, tous les processeurs informatiques actuels utilisent une architecture 64 bits, ce qui donne au système d’exploitation une puissance de calcul beaucoup plus importante, car il peut exécuter des instructions plus complexes et plus longues, améliorant ainsi l’expérience de l’utilisateur.

Comment fonctionnent les processeurs ARM ?

Après avoir expliqué les principes de base, voyons comment fonctionne ce type de processeur. On pourrait croire que les processeurs RISC, et donc les ARM, ont un temps de retard. Par exemple, l’architecture RISC a été développée à l’origine dans les années 1980, mais n’a eu que peu d’impact sur le marché jusqu’à l’avènement des appareils mobiles, qui a bien sûr été soutenu par ARM Holdings, la société à l’origine de l’architecture, qui a développé le format d’instruction compressé.

Bien qu’un seul jeu d’instructions soit traité par cycle de mémoire, les instructions peuvent désormais être beaucoup plus longues et plus complexes que dans les dispositifs RISC traditionnels et, bien qu’elles soient encore limitées par rapport au x86-64 des PC de bureau, elles ne sont pas loin derrière (ne vous attendez pas à ce qu’un smartphone ait les performances d’un PC, bien sûr).

Les modèles RISC originaux utilisaient une architecture 32 bits, mais depuis 2011, leurs modèles incluent des instructions 64 bits. Cela ne serait pas possible avec des processeurs RISC uniquement, et c’est possible grâce à l’architecture du jeu d’instructions que la société utilise dans ses processeurs. La conception technique de ces processeurs a également permis de simplifier leur fabrication et leur conception physique.

La complexité réduite des blocs RISC signifie qu’ils nécessitent moins de transistors sur une puce pour effectuer la même tâche. Un nombre plus élevé de transistors signifie généralement des besoins en énergie et des coûts de fabrication plus élevés, ce qui se traduit par un prix plus élevé. Par conséquent, les processeurs ARM sont généralement beaucoup moins chers que les processeurs de bureau traditionnels.

A quoi servent ces processeurs ?

Comme les processeurs ARM combinent une conception RISC haute performance, des coûts de fabrication réduits et une faible consommation d’énergie, ils sont idéaux pour les appareils portables tels que les smartphones et même les ordinateurs portables. Toutefois, il peut être difficile de parler des processeurs ARM, car ARM Holdings ne fabrique pas les processeurs eux-mêmes, mais conçoit la technologie et développe la norme, dont elle concède ensuite la licence à d’autres fabricants. C’est pourquoi il existe tant de variantes de ce type de processeur.

Les fabricants d’équipements paient ensuite des droits de licence à la société qui développe la technologie de base, mais ils peuvent bien sûr l’adapter à leurs propres besoins, exigences logicielles et modèles de matériel. Il en résulte des centaines de produits utilisant l’architecture ARM, mais la situation est encore compliquée par le fait que les logiciels doivent être conçus spécifiquement pour ce matériel et ne sont donc pas compatibles ou interopérables avec d’autres architectures. La différence de performance entre les processeurs ARM est l’une des principales raisons pour lesquelles un smartphone est toujours plus lent qu’un ordinateur de bureau.

Apple veut changer cette perception et a décidé, entre autres, de modifier l’architecture de ses prochains ordinateurs Mac en lançant un programme qui permettra aux développeurs d’adapter plus facilement leurs applications à cette architecture. Ils veulent montrer qu’un ordinateur équipé d’un processeur ARM n’a rien à envier aux autres en termes de performances de bureau, mais comme nous l’avons déjà expliqué, il aura toujours la limitation que nous avons mentionnée précédemment : il ne peut exécuter qu’une seule instruction par cycle de mémoire.

Utilisations des processeurs ARM non-UCP

Un autre marché où les processeurs ARM ont leur place est celui des microcontrôleurs : des processeurs qui contiennent de la mémoire vive sur une seule puce et sont utilisés pour contrôler les appareils ménagers. Les microcontrôleurs sont également utilisés pour des fonctions spécifiques dans les processeurs, comme les circuits de lecture des logiciels dans un ordinateur.