Mucho se habla de los procesadores ARM hoy en día, ya que incluso Apple ha tomado la decisión de abandonar la arquitectura x86-64 tradicional de PC para pasarse a ésta. En este artículo te vamos a explicar en qué consiste la arquitectura ARM, cómo funciona y en qué se diferencia de la arquitectura común de PC.
Intel y ARM, ¿hay diferencias?
Todos los ordenadores, tablets, portátiles, smartphones, etc. utilizan un procesador, que es donde se realiza la mayor parte del trabajo de computación real. El procesador recibe instrucciones, las ejecuta y luego entrega una salida, y a medida que la tecnología ha ido progresando, los fabricantes se han movido hacia una tecnología de procesadores de varios núcleos.
Por lo general, los ordenadores utilizan procesadores Intel o AMD. Estas CPUs están diseñadas para entregar un rendimiento óptimo de escritorio porque tienen una fuente de energía confiable y potente, con procesadores de gráficos dedicados y un sistema de enfriamiento dedicado. Sin embargo, los diseños móviles requieren diferentes consideraciones: para seguir siendo «móviles», las baterías y fuentes de energía deben ser más pequeñas, no hay espacio para sistemas de refrigeración, etc., por lo que los diseños de los procesadores deben ser, por fuerza, diferentes.
Hasta ahora los procesadores de arquitectura ARM se limitaban básicamente a dispositivos móviles y Smart TV, ya que eran procesadores de bajo consumo y con una potencia bastante limitada que no necesitaba un sistema de refrigeración, por lo que eran ideales para estos dispositivos. Sin embargo las cosas han cambiado y su utilización se está extendiendo cada vez más, motivo por el que es importante conocer cómo funcionan.
¿Qué es la arquitectura ARM?
Para superar estos desafíos de los que os hablamos, los fabricantes optaron por reemplazar la arquitectura de CPU de escritorio por algo más adecuado para la informática móvil. Los procesadores ARM son la opción ideal, ya que utilizan un método de procesamiento simplificado y que consume menos energía. Esto se representa en el mismo nombre ARM, que significa «Advanced RISC Machine» o máquina RISC avanzada, donde RISC significa «Reduced Instruction Set Computer».
Confusamente, RISC no es una tecnología en sí misma sino una ideología de diseño. Los procesadores ARM están diseñados para ser lo más eficiente posible, aceptando solo instrucciones que se puedan lograr en un único ciclo de memoria. El proceso común para los procesadores es buscar, decodificar y ejecutar instrucciones, y como las unidades RISC son de 32 bits limita la cantidad de instrucciones que se pueden procesar en esta función de fetch-decode-execute.
Sin ir más lejos, cualquier procesador para PC actual utiliza arquitectura de 64 bits, y esto hace que haya mucha más potencia de proceso para el sistema operativo ya que se pueden ejecutar instrucciones más complejas y largas, mejorando así la experiencia de usuario.
¿Cómo funcionan los procesadores ARM?
Ahora que hemos explicado lo básico, hay que ver cómo funciona este tipo de procesadores. Puede sonar como si los procesadores RISC y por lo tanto las unidades ARM fueran un paso atrás. RISC, por ejemplo, fue desarrollado originalmente en la década de 1980, pero no tuvo casi nada de impacto en el mercado hasta la llegada de los dispositivos móviles, promovido por supuesto por ARM Holdings, la compañía detrás de esta arquitectura y que desarrolló un formato de instrucciones comprimido.
A pesar de que solo se procesa un conjunto de instrucciones por cada ciclo de memoria, las instrucciones pueden ser ahora mucho más largas y complejas que en los dispositivos RISC tradicionales, y aunque todavía son limitados en comparación con sus homólogos x86-64 de escritorio, no están demasiado lejos (y tampoco se espera que un smartphone tenga el rendimiento de un PC, claro).
Los diseños iniciales de RISC usaban arquitectura de 32 bits, pero desde 2011 ya se incluyen también instrucciones de 64 bits en sus diseños. Esto habría sido inalcanzable solo con RISC, y ha sido posible debido a la arquitectura del conjunto de instrucciones que utiliza la compañía en los procesadores. El diseño técnico de estos procesadores, de hecho, también ha hecho posible simplificar la fabricación y el diseño físico.
La complejidad reducida de las unidades RISC significa que requieren menos transistores en el chip para hacer lo mismo. En general, más transistores significa mayores requisitos de potencia y mayor coste de fabricación y, por lo tanto, se traduce en un coste mayor. Por este motivo los procesadores ARM son por norma general mucho más baratos que los procesadores de escritorio tradicionales.
¿Qué uso tienen estos procesadores?
Como los procesadores ARM combinan diseños RISC de alto rendimiento, menores costes de fabricación y menor consumo de energía se hacen ideales para dispositivos portátiles, como smartphones e incluso ordenadores portátiles. Sin embargo, discutir los procesadores ARM como un colectivo puede llegar a ser todo un desafío ya que ARM Holdings no fabrica los procesadores por sí misma, sino que se dedica a diseñar la tecnología y desarrollar el estándar para luego licenciarla a otros fabricantes. Este es el motivo por el que hay tantas variantes de este tipo de procesadores.
Los fabricantes de hardware pagan, por lo tanto, regalías a la compañía que diseña la tecnología central, pero luego pueden por supuesto adaptarla a sus necesidades, requisitos de software y diseños de hardware. Como resultado, son cientos los productos que tienen arquitectura ARM, pero para complicar todavía más las cosas hay que tener en cuenta que el software debe estar diseñado específicamente para este hardware y, por lo tanto, no es ni compatible ni interoperable con otras arquitecturas. Las diferencias operativas entre procesadores ARM es uno de los principales motivos por los que un smartphone siempre es más lento que un PC de escritorio.
Entre otros, ahora Apple quiere cambiar este concepto y ha decidido cambiar de arquitectura para sus próximos ordenadores Mac, iniciando un programa para facilitar las cosas a los desarrolladores en cuanto a que puedan adaptar sus aplicaciones a esta arquitectura. Quieren, con ello, demostrar que un equipo dotado de un procesador ARM no tiene nada que envidiar en términos de rendimiento a un PC de sobremesa, pero tal y como hemos explicado siempre tendrán esa limitación de la que hemos hablado antes: solo pueden ejecutar una instrucción por ciclo de memoria.
Uso de los procesadores ARM más allá de su uso como CPU
Otro mercado en lo que los procesadores ARM tienen cabida es el de los microcontroladores, los cuales son procesadores que incluyen la memoria RAM en el mismo chip y se utilizan para el control de electrodomésticos entre otras cosas. También los microcontroladores son utilizados para ciertas funciones en los procesadores como la cadena de confianza del software que se ejecuta en ordenador y por supuesto casi cualquier dispositivo inteligente que te puedas llegar a imaginar.
Por lo tanto, potencialmente los procesadores con arquitectura ARM pueden ser utilizados en todas partes y no solo como CPU de un ordenador, y de hecho realmente este nicho de mercado es el más pequeño hasta la fecha y eso que Apple ha comenzado a utilizarlo en sus equipos.
Mac y sus Apple Silicon
Como os coment´çabamos anteriormente, desde hace prácticamente tres años Apple ha provocado un pequeño terremoto en el mercado al abandonar la tecnología Intel y crear sus propios chips basados en ARM. Eso está provocando que muchos fabricantes estén mirando con mejores ojos la posibilidad de llevar en un futuro todo el mercado de los compatibles en esa dirección. Existen muchos obstáculos que pueden impedir algo así, ya que de momento no existen versiones fiables y estables de Windows que trabajen bajo esa arquitectura.
Aun así, la eficiencia de esos chips y el buen rendimiento que ofrecen en muchos casos está provocando que más de una firma esté valorando la posibilidad de dar ese salto también en el terreno de los PC. Como os decimos, más que los propios diseñadores de hardware, la pelota está en el tejado de Microsoft y su futura estrategia con el sistema operativo, que ya hace algunos años tuvo un guiño con esos procesadores ARM cuando una de sus Surface llegó al mercado con un SoC ARM pero la cosa terminó abruptamente sin demasiado soporte. Ahora, sin embargo, sí parece que la cosa va en serio con una Surface 9 Pro centrada sobre todo en el ámbito empresarial y de los negocios.
Si os somos sinceros, a día de hoy el panorama es de «a ver qué pasa». De analizar los movimientos que están realizando quienes quieren copiar la estrategia de Apple. Y hace falta solo una chispa para que todo el territorio PC arda y comience a contemplar como una alternativa real esos procesadores ARM frente a los tradicionales de Intel.