Todo lo que necesitas saber sobre los procesadores ARM

Todo lo que necesitas saber sobre los procesadores ARM

Rodrigo Alonso

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.

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.

Procesador ARM

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.

Sistema ARM RISC

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).

Apple-ARM

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.

Procesador ARM Cortex A9

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 hardwaree 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.