A família ARM

Os processadores ARM usados nos aparelhos atuais são, em sua maioria, chips ARM7, ARM9 e ARM11. Os chips ARM11 são as atuais estrelas, usados em aparelhos como o Nokia N95, o HTC TyTN II e o iPhone, enquanto os ARM9 são comuns em aparelhos mais antigos, como os Nokia E61 e E62 e diversos modelos da Sony Ericsson, Siemens e outros fabricantes.

Os chips ARM11 oferecem um desempenho por ciclo ligeiramente superior (1.2 DMIPS por MHz, contra 1.1 DMIPS por MHz dos ARM9), mas a grande diferença (do ponto de vista do desempenho) entre as duas famílias reside no número de estágios de pipeline, usados no processamento das instruções. Os chips ARM9 utilizam um pipeline de 5 estágios, enquanto os ARM11 utilizam um pipeline de 8 estágios.

Similar ao que temos nos processadores para micros PC, o uso de mais estágios de pipeline permite que cada estágio execute um volume menor de processamento por ciclo (ou seja, que cada um execute um percentual menor do trabalho), o que permite que o processador opere a uma freqüência mais elevada. Uma analogia simples seria comparar com uma linha de produção, imaginando que cada estágio de pipeline corresponde a um operário. Se o trabalho é dividido entre um número maior de operários, cada um passa a executar um número menor de passos e a esteira pode correr mais rápido, resultando em uma produção maior.

Isso explica porque os processadores baseados em chips ARM9 ficam restritos à casa dos 200 a 250 MHz (e são por isso usados em aparelhos mais antigos, ou mais baratos), enquanto os chips mais recentes, baseados em processadores ARM11 atingem freqüências de 400 a 600 MHz.

Os chips ARM7, por sua vez, são processadores muito mais simples, que foram originalmente usados em dispositivos da década de 1990, como o Psion 5 e o Apple Newton, mas que, recentemente, ressurgiram como chips auxiliares, usados como parte do transmissor 3G. Por serem muito simples, eles desempenham essa tarefa de forma bastante eficiente, consumindo menos energia que outros chips (mais complexos) precisariam para executar a mesma carga de trabalho.

A partir de 2009 teremos a migração para os chips baseados no ARM Cortex A8, que utiliza uma arquitetura mais complexa, mas, em compensação, oferece um desempenho por clock consideravelmente superior (de até 2 DMIPS por MHz) e é capaz de operar a até 1.0 GHz, mantendo um consumo elétrico aceitável. Ele é usado, por exemplo, no TI OMAP3430, um chip que pode vir a ser usado em aparelhos da próxima geração.

O “DMIPS” é uma medida de desempenho baseada no Dhrystone, um benchmark bastante usado para medir o desempenho do processador em operações de inteiros. Originalmente, a medida padrão era o “MIPS” (milhões de instruções por segundo), o problema é que o volume bruto de instruções não é um indicador direto do desempenho entre processadores de diferentes arquiteturas, já que, processadores com conjuntos de instruções mais complexos podem executar muito mais trabalho com o mesmo volume de instruções, do que processadores com conjuntos mais simples. Surgiu, então, a idéia de usar o Dhrystone como benchmark padrão, comparando o número de loops por segundo que cada processador é capaz de executar em relação a um computador VAX 11/780 (um computador da década de 1970, com poder de processamento estimado em 1 MIPS). O VAX 11/780 era capaz de executar o loop do Dhrystone 1,757 vezes por segundo, o que deu origem ao “DMIPS”, que, embora não seja um indicador preciso, é uma medida de desempenho mais próxima da realidade do que o MIPS.

Uma questão interessante sobre os chips ARM, é que eles não são produzidos por uma única empresa (como no caso dos processadores da Intel), mas sim licenciados e produzidos por diversos fabricantes. A ARM Ltd. (www.arm.com), que é a responsável pelo desenvolvimento dos chips e detentora dos direitos sobre a arquitetura, não produz os processadores, se limitando a licenciar os projetos a preços módicos para outros fabricantes, que podem optar por diversos tipos de licença, incluindo opções que permitem modificar os chips e incluir componentes adicionais. Este é o caso de fabricantes como a QualComm, a Texas Instruments e a Samsung, que desenvolvem soluções próprias, incluindo controladores auxiliares e modificações diversas.