ARM arxitekturası haqqında danışanda çoxları ilk növbədə Cortex‑M və Arduino‑tipli mikrokontrollerləri xatırlayır. Amma cibimizdəki smartfonu, planşeti, hətta bir çox single‑board computer‑i mümkün edən əsas qəhrəman əslində ARM Cortex‑A ailəsidir.
Niyə Cortex‑A yarandı?
1990‑cı illərdə ARMv4/ARMv5 əsasında işləyən ARM9/ARM11 nüvələri mobil telefonlarda istifadə olunurdu, lakin mobil internet və multimediyanın partlayışından əvvəlki dövr üçün nəzərdə tutulmuşdu. 2000‑lərin ortalarında isə vəziyyət kəskin dəyişdi:
- rəngli, yüksək ayırdetməli ekranlar;
- tam brauzer və e‑poçt dəstəyi;
- MP3, video, mobil oyunlar;
- getdikcə mürəkkəbləşən Linux və Android sistemləri.
Artıq sadə feature phone prosessoru kifayət etmirdi. ARM‑ın cavabı 2005‑ci ildə elan etdiyi ARMv7‑A arxitekturası və onun üçün hazırlanmış Cortex‑A ailəsi oldu. Buradakı "A" Application – yəni tam miqyaslı əməliyyat sistemləri və mürəkkəb tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş nüvə demək idi.
İlk nəsil: Cortex‑A8 və A9 – smartfon dövrünün başlanğıcı
İlk geniş yayılan nüvələrdən biri Cortex‑A8 idi. O dövr üçün əsas xüsusiyyətlər:
- Arxitektura: ARMv7‑A, 32‑bit
- Saat tezliyi: praktikada təxminən 600 MHz – 1 GHz (texnoloji prosesə görə)
- Müasir boru xətti: 13 mərhələyə qədər, out‑of‑order icra yox idi, amma yüksək performanslı superscalar dizayn idi
- NEON SIMD bloku – multimedia və DSP üçün
- Kateqoriyalar: tam MMU, full Linux/Android dəstəyi
Cortex‑A8 əsasında qurulan məşhur nümunələr:
- TI OMAP3 – ilk Android telefonlardan Motorola Droid/Milestone, Nokia N900;
- Samsung S5PC110 (Hummingbird) – ilk Galaxy S seriyası.
2007‑ci ildə tanıdığımız ilk iPhone hələ ARM11 istifadə edirdi, amma iPhone 3GS artıq Cortex‑A8 əsasında Apple A4 SoC ilə gəldi və bu, mobil veb və oyunlarda ciddi sıçrayış yaratdı.
Sonra səhnəyə Cortex‑A9 çıxdı. Əsas yeniliklər:
- Simmetrik çoxnüvəli dizayn (2–4 nüvəyə qədər);
- Tam out‑of‑order icra;
- Daha yüksək saat tezlikləri – real cihazlarda 1–1.5 GHz.
Cortex‑A9 əsasında:
- NVIDIA Tegra 2/3 – ilk Android planşetlər və mobil oyun platformaları;
- Samsung Exynos 4 – Galaxy S II, bəzi Galaxy Note modelləri;
- Xilinx Zynq‑7000 – FPGA + Cortex‑A9 kombinasiyası, bu gün də çox sayda embedded layihədə istifadə olunur.
64‑bit dövrü: ARMv8‑A, Cortex‑A53/A57 və sonrası
2011‑ci ildə ARM ARMv8‑A arxitekturasını elan etdi. Əsas dəyişiklik 64‑bit AArch64 rejimi idi. İlk geniş yayılmış nüvələr:
- Cortex‑A53 – aşağı güc sərfiyyatlı, tam 64‑bit, çox vaxt little nüvə kimi;
- Cortex‑A57 – yüksək performanslı, big nüvə kimi.
Bu, məşhur big.LITTLE konsepsiyasını ortaya çıxardı: eyni SoC daxilində bir neçə A57 + bir neçə A53 nüvəsi. Məsələn:
- Samsung Exynos 5433/7420 – 4× A57 + 4× A53;
- HiSilicon Kirin 920 – 4× A15 + 4× A7 (keçid nəsli hibrid);
- Bir çox Raspberry Pi 3/4 modelləri – 4× Cortex‑A53 və ya A72.
ARM Cortex‑A53 kimi nüvələr 28 nm, sonrakı A57/A72/A73 isə artıq 20 nm və 16 nm FinFET texnologiyalarında istehsal olunurdu. Transistor sayı artıq yüz milyonlarla idi, lakin ARM öz DNT‑sindən – enerji səmərəliliyindən imtina etmədi.
Texniki xüsusiyyətlər fonunda
Cortex‑A ailəsini daha yaxşı anlamaq üçün onu eyni illərin x86 dünyası ilə müqayisə etmək maraqlıdır:
- 1 GHz diapazonunda çalışan Cortex‑A8/A9 real iş yükündə çox vaxt 1.5–2 GHz Intel Atom ilə rəqabət aparırdı, amma xeyli aşağı güc sərfiyyatı ilə;
- ARM nüvələri üçün tipik TDP bir neçə vat səviyyəsində idi, mobil SoC daxilində isə hər nüvə üçün yüz millivattlarla ölçülürdü;
- x86‑da SSE/AVX olduğu kimi, ARM dünyasında NEON multimedia və siqnal emalı üçün əsas alət oldu.
Embedded, maker və IoT dünyasına təsiri
Elektronika həvəskarları üçün Cortex‑A təkcə smartfon prosessoru deyil, həm də:
- Raspberry Pi (Cortex‑A7/A53/A72) – təhsil və maker icmasının əsas single‑board computeri;
- BeagleBone Black (Cortex‑A8) – sənaye və hobi layihələri üçün açıq ekosistem;
- Zynq‑7000, Zynq UltraScale+ (Cortex‑A9/A53) – FPGA + güclü Linux prosessoru kombinasiyası;
- çoxsaylı Allwinner, Rockchip, NXP i.MX 6/8 SoC‑ləri – HMI, sənaye gateway, multimedia panelləri.
Bu platalar sayəsində embedded mühəndisləri artıq yalnız mikrokontrollerlərlə kifayətlənmir, tam Linux, Qt, Python, ROS işlətdikləri sistemləri birbaşa öz laboratoriyalarında qura bilirlər.
Bu gün və sabah: Cortex‑A‑nın rolu nədən ibarətdir?
İndi diqqət daha çox xüsusi dizaynlara – Apple M‑seriyası, Qualcomm Kryo, Samsung Mongoose kimi özəl nüvələrə yönəlib. Amma onların əksəriyyəti hələ də ARMv8‑A/ARMv9‑A təlimat dəstinə əsaslanır və konseptual olaraq Cortex‑A ailəsinin davamıdır.
Eyni zamanda, hazır off‑the‑shelf nüvələr – Cortex‑A55, A76, A78, X‑seriyası – onlarla istehsalçının mobil, avtomobil və embedded SoC‑lərinin ürəyindədir. Avtomobil infotainment sistemləri, sənaye panel kompüterləri, AI‑edge gateway‑lər – hamısı üçün yaddaşdan tam istifadə edə bilən, Linux‑u problemsiz daşıyan, NEON və çox vaxt da inteqrə olunmuş NPU ilə işləyən CPU lazımdır.
Elektronika həvəskarı və mühəndis kimi biz bu inqilabın nəticəsini hər gün görürük: cibimizdəki telefon, cibdə gəzdirilən Linux kompüteri olan Raspberry Pi, robotumuzun beyni olan Zynq modul – hamısının kökündə ARM Cortex‑A ideyası dayanır: az enerji, çox iş, hər yerdə.
