As Diferenças Entre ARM e Intel x86-64

Com os chips ARM agora onipresentes em laptops de alto desempenho e servidores de borda, é legítimo perguntar se esses novos dispositivos valem sua próxima compra. É hora de entender as diferenças técnicas entre os processadores ARM e os predecessores x86-64 mais robustos que anteriormente dominavam o mercado de chips sem obstáculos.

Índice

• O Que Significa x86-64, Afinal?
• Conjuntos de Instruções
• Consumo de Energia
• Devo Optar por um Sistema ARM ou x86?

Leia: O ARM pode eventualmente substituir a CPU x86 em laptops? Vamos descobrir!

O Que Significa x86-64, Afinal?

Os processadores Intel encontrados em computadores desktops e laptops são às vezes chamados de processadores “x86”. A arquitetura de 64 bits que todos os computadores modernos usam hoje está agora situada sobre o modelo x86, que agora é referido como “x86-64”.

Tudo isso soa um pouco confuso, mas ajuda a explicar por que existem duas pastas diferentes Arquivos de Programas no Windows.

Para simplificar, todos os aplicativos de 32 bits vão na pasta x86 e os de 64 bits vão na outra pasta. Essa tem sido uma convenção desde que a Microsoft lançou sua versão de 64 bits do Windows XP em 2001.

Para simplificar um pouco mais, vamos nos referir a “x86-64” como “x86”, já que existem semelhanças suficientes entre os chips de 32 bits e 64 bits para agrupá-los.

O rótulo “x86” vem do avô dos processadores modernos, um microprocessador criado pela Intel chamado 8086. Este chip de 16 bits operava sob um conjunto de instruções que ainda é amplamente utilizado pelos processadores modernos hoje para realizar tarefas de computação avançadas.

Tudo, desde seu editor de texto até softwares avançados de renderização de vídeo, ainda tem a capacidade de operar sob uma arquitetura que nasceu em 1978!

Desde o lançamento do microprocessador 8086, a Intel continuou usando a convenção de nomenclatura para modelos futuros, como o 80286 e 80386, até romper com a tradição ao lançar a série Pentium. No entanto, ainda homenageamos esses antigos chips, categorizando todos os processadores subsequentes que usam seu conjunto de instruções como “x86”.

Até mesmo os processadores de 64 bits mais modernos que a AMD lançou pela primeira vez na série Opteron nos anos 2000 recebem a mesma designação, já que a esmagadora maioria dos processadores de 64 bits em sistemas desktop e servidores continua a estar apoiada no pilar do agora humilde 8086.

Conjuntos de Instruções

Toda a funcionalidade de um processador é baseada no que é chamado de conjunto de instruções. Este é um conjunto de operações rudimentares que um chip pode realizar. Cada instrução diz ao chip para fazer coisas como matemática básica e mover dados. Na base de cada bit de código em cada programa que você executa em sua máquina está uma camada que se comunica com o processador. Essa camada também usa seu próprio código conhecido como linguagem de montagem, que se traduziu em um nível mais baixo nas instruções básicas que muitas vezes são referidas como código de máquina ou linguagem de máquina.

É aqui que chegamos à diferença fundamental entre os chips ARM e x86.

Os chips x86 usam computação de conjunto de instruções complexo (CISC), enquanto os chips ARM usam computação de conjunto de instruções reduzido (RISC). Enquanto os chips CISC tentam colocar mais “trabalho” em uma instrução, sacrificando ciclos de clock para realizar essa tarefa, os chips RISC têm (como o nome sugere) um conjunto de instruções muito menor que divide tudo em etapas mais simples que podem ser executadas em um único ciclo de clock.

CISC vs. RISC

Se um chip CISC precisa multiplicar dois números, ele pode executar um único comando: MULT 2, 3. Este único comando cobrira carregar números da memória, multiplicá-los e armazenar o resultado no local de memória correto. Um chip RISC executando a mesma operação exigiria muitos mais passos. Primeiro, uma instrução LOAD para mover os números dos registradores para a unidade de execução. Em seguida, uma instrução PROD para multiplicar os números. Finalmente, uma instrução STOR para colocar o resultado no registrador correto.

Enquanto o chip CISC pode parecer mais eficiente porque seus comandos aparecem mais simples, tenha em mente algumas diferenças importantes:

• Primeiro, os chips CISC executam comandos por meio de múltiplos ciclos de clock, enquanto cada instrução em um chip RISC é executada em um único ciclo de clock. Por causa disso, nosso hipotético comando MULT pode executar na mesma quantidade de ciclos que o conjunto de instruções RISC que realiza a mesma tarefa.
• Em segundo lugar, todas as instruções e lógica do CISC precisam ser armazenadas em transistores. Os chips RISC podem usar menos transistores porque precisam armazenar menos instruções.
• Em terceiro lugar, o menor número de transistores exigidos pelos RISC permite menor consumo de energia.

Existem algumas vantagens para o CISC. Primeiro, o computador não precisa fazer muito trabalho para converter de uma linguagem de programação de nível humano, como C, para a linguagem de montagem de nível de processador. Na verdade, o comando MULT mencionado acima é muito semelhante ao comando C foo = foo * bar.

Os chips RISC pedem ao compilador para fazer muito mais trabalho para converter código em linguagem de montagem. Os chips CISC também podem realizar suas operações diretamente na memória do sistema, enquanto os chips RISC precisam mover dados da memória para os registradores do processador antes de trabalhar com eles.

Em uma competição de desempenho cara a cara entre os dois, no que diz respeito aos consumidores, não há um vencedor claro. No entanto, o RISC tem um trunfo a mais para realmente ganhar vantagem sobre o CISC.

Consumo de Energia

Entre CISC e RISC, não há absolutamente nenhuma competição quando se trata de uso de energia. RISC categoricamente leva a coroa aqui. Um conjunto de instruções reduzido oferece uma pegada de wafer reduzida, tornando o chip menor e, portanto, menos sedento por energia.

Chips menores, com menos componentes microscópicos, também têm menos resistência elétrica para lidar e não exigem tanta potência para funcionar. O melhor estudo de caso para isso é a tecnologia comprovada do smartphone, um dispositivo “computador leve” que possui uma quantidade imensa de desempenho por seu tamanho relativamente pequeno, mas que consegue subsistir em muitos casos por mais de 24 horas com uma bateria comparativamente pequena.

Dito isso, isso não significa que todos os computadores começarão a usar chips ARM para reduzir o consumo de energia. No mercado de desktops, onde o sistema depende normalmente de uma conexão direta a uma tomada em vez de uma bateria, a eficiência energética não é uma prioridade tão enorme. Os chips CISC ainda se saem incrivelmente bem nessas situações e não há sinais de que isso mudará tão cedo, realmente.

Devo Optar por um Sistema ARM ou x86?

Com a Microsoft também lançando seu Windows 11 para a arquitetura ARM e a Apple mudando seus Macs para usar chips ARM, você pode estar interessado em adquirir um PC ARM também. No entanto, tudo se resume a uma pergunta muito simples: Você está tentando extrair cada gota de desempenho por watt-hora de energia fornecida pela sua bateria? Ou você está mais inclinado a empurrar o máximo de desempenho bruto através do seu dispositivo, em detrimento da duração da bateria?

Para a maioria dos casos de uso para os quais alguém estaria comprando um sistema, a decisão é tão simples assim. No final, apenas certifique-se de não esquecer de levar seu cabo de carregamento com você!