Tout ce que vous devez savoir sur les processeurs ARM

On parle beaucoup des processeurs ARM ces jours-ci, puisque même Apple a pris la décision de délaisser l’architecture traditionnelle x86-64 des PC au profit de l’architecture ARM. Dans cet article, nous allons expliquer ce qu’est l’architecture ARM, comment elle fonctionne et en quoi elle diffère de l’architecture commune des PC.

Tous les ordinateurs, tablettes, portables, smartphones, etc. utilisent un processeur, qui est l’endroit où la plupart du travail informatique réel est effectué. Le processeur reçoit des instructions, les exécute, puis délivre une sortie. Au fur et à mesure des progrès technologiques, les fabricants se sont orientés vers la technologie des processeurs multi-cœurs.

En général, les ordinateurs utilisent des processeurs Intel ou AMD. Ces processeurs sont conçus pour offrir des performances optimales pour les ordinateurs de bureau car ils disposent d’une alimentation fiable et puissante, de processeurs graphiques dédiés et d’un système de refroidissement dédié. Toutefois, les conceptions mobiles exigent des considérations différentes : pour rester « mobiles », les batteries et les alimentations doivent être plus petites, il n’y a pas de place pour les systèmes de refroidissement, etc.

Jusqu’à présent, les processeurs d’architecture ARM étaient essentiellement limités aux appareils mobiles et aux téléviseurs intelligents, car il s’agissait de processeurs de faible puissance qui ne nécessitaient pas de système de refroidissement et qui étaient donc idéaux pour ces appareils. Cependant, les choses ont changé et leur utilisation est de plus en plus répandue, c’est pourquoi il est important de savoir comment ils fonctionnent.

Qu’est-ce que l’architecture ARM ?

Pour surmonter les difficultés dont nous avons parlé, les fabricants ont choisi de remplacer l’architecture des processeurs de bureau par quelque chose de plus adapté à l’informatique mobile. Les processeurs ARM sont le choix idéal, car ils utilisent une méthode de traitement simplifiée et moins gourmande en énergie. C’est ce que représente le nom ARM lui-même, 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 accomplies en un seul cycle mémoire. Le processus commun des processeurs consiste à extraire, décoder et exécuter des instructions, et comme les unités RISC sont de 32 bits, cela limite la quantité d’instructions pouvant être traitées dans cette fonction d’extraction-décodage-exécution.

Sans aller plus loin, tout processeur de PC actuel utilise une architecture 64 bits, ce qui offre une puissance de traitement bien supérieure au système d’exploitation, car des instructions plus complexes et plus longues peuvent être exécutées, améliorant ainsi l’expérience de l’utilisateur.

Comment fonctionnent les processeurs ARM ?

Maintenant que nous avons expliqué les principes de base, voyons comment ces types de processeurs fonctionnent. On pourrait croire que les processeurs RISC et donc les unités ARM constituent un retour en arrière. RISC, par exemple, a été développé à l’origine dans les années 1980, mais n’a eu pratiquement aucun impact sur le marché jusqu’à l’avènement des appareils mobiles, promus bien sûr par ARM Holdings, la société à l’origine de cette architecture et qui a développé un format d’instruction compressé.

Bien qu’elles ne traitent qu’un seul jeu d’instructions par cycle de mémoire, les instructions peuvent désormais être beaucoup plus longues et complexes que sur les dispositifs RISC traditionnels, et bien qu’elles soient encore limitées par rapport à leurs homologues x86-64 de bureau, elles ne sont pas très éloignées (et vous ne vous attendez pas à ce qu’un smartphone ait les performances d’un PC non plus, bien sûr).

Les premières conceptions RISC utilisaient une architecture 32 bits, mais depuis 2011, les instructions 64 bits sont déjà incluses dans leurs conceptions également. Cela aurait été impossible avec le seul RISC, et a été possible grâce à l’architecture du jeu d’instructions que la société utilise dans ses processeurs. En effet, la conception technique de ces processeurs a également permis de simplifier la fabrication et la conception physique.

La complexité réduite des unités RISC signifie qu’elles nécessitent moins de transistors sur la puce pour faire la même chose. En général, plus de transistors signifie des besoins en énergie plus importants et un coût de fabrication plus élevé, ce qui se traduit donc par un coût plus élevé. C’est pourquoi les processeurs ARM sont généralement beaucoup moins chers que les processeurs de bureau traditionnels.

Quelle est l’utilité de ces processeurs ?

Parce que les processeurs ARM combinent des conceptions RISC de 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. Cependant, discuter des processeurs ARM en tant que collectif peut s’avérer difficile car ARM Holdings ne fabrique pas les processeurs elle-même, mais conçoit plutôt la technologie et développe la norme, puis la concède sous licence à d’autres fabricants. C’est pourquoi il existe tant de variantes de ce type de processeur.

Les fabricants de matériel informatique paient donc des redevances à l’entreprise qui conçoit la technologie de base, mais ils peuvent bien sûr l’adapter à leurs besoins, à leurs exigences en matière de logiciels et à leurs conceptions matérielles. En conséquence, des centaines de produits sont dotés de l’architecture ARM, mais pour compliquer encore les choses, les logiciels doivent être conçus spécifiquement pour ce matériel et ne sont donc ni compatibles ni interopérables avec d’autres architectures. Les différences opérationnelles entre les processeurs ARM sont l’une des principales raisons pour lesquelles un smartphone est toujours plus lent qu’un PC de bureau.

Entre autres choses, Apple veut aujourd’hui changer ce concept et a décidé de modifier l’architecture de ses prochains ordinateurs Mac, en lançant un programme destiné à permettre aux développeurs d’adapter plus facilement leurs applications à cette architecture. Ils veulent démontrer qu’un ordinateur équipé d’un processeur ARM n’a rien à envier en termes de performances à un PC de bureau, mais comme nous l’avons expliqué, ils auront toujours cette limitation dont nous avons parlé précédemment : ils ne peuvent exécuter qu’une seule instruction par cycle mémoire.

Utilisation des processeurs ARM au-delà de l’utilisation du CPU

Un autre marché sur lequel les processeurs ARM ont leur place est celui des microcontrôleurs, qui sont des processeurs incluant une mémoire RAM sur la même puce et qui sont utilisés pour contrôler les appareils ménagers. Les microcontrôleurs sont également utilisés pour certaines fonctions dans les processeurs, comme la chaîne de confiance des logiciels qui fonctionnent sur l’ordinateur et, bien sûr, presque tous les appareils intelligents que vous pouvez imaginer.