Procesadores ARM vs x86 – Explicación Técnica a Fondo

¿Cuál es la diferencia entre los procesadores de arquitectura ARM y X86? Los ARM son para smartphones y los X86 para laptops. Pero, ¿por qué Apple migró sus computadoras de X86 a sus propios procesadores ARM?

Entonces, hoy vamos a profundizar en las diferencias entre esas dos arquitecturas y también hablaremos de qué motivó a Apple a usar los procesadores con arquitectura móvil para sus portátiles. La mayoría de los dispositivos móviles como iPhones y teléfonos Android usan procesadores ARM, cual con Kiren de Huawei, Exinos de Samsung y, por supuesto, los chips de la serie A de Apple. Sin embargo, en las computadoras dominan los procesadores X86 producidos principalmente por Intel y AMD.

Por eso no puedes ejecutar Microsoft Word de tu computadora en tu smartphone. La arquitectura X86 lleva ese nombre por los últimos dígitos de los modelos clásicos de procesadores Intel de los años 70 y 80. ¿Qué hace diferentes a esas dos arquitecturas?

Hay dos aspectos clave, el conjunto de instrucciones y la microarquitectura. El conjunto de instrucciones es el lenguaje que entiende el procesador. La arquitectura X86 utiliza un conjunto de instrucciones complejo llamado CIS, mientras que ARM usa un conjunto de instrucciones reducido conocido como Risk.

De hecho, el nombre ARM significa advanced Risk Machines. El segundo aspecto clave es la microarquitectura, que se refiere a cómo se diseñan y organizador para ejecutar esas instrucciones. Originalmente, los programadores escribían un código máquina, es decir, instrucciones compuestas únicamente por ceros y unos.

Pero eso se volvió impráctico rápidamente, así que surgieron los lenguajes ensambladores, que aunque simplificaron todo, siguían requiriendo que los programadores guiaran al procesador paso a paso. Eso se compara con pedirle a alguien que te pase la sal descubriendo cada movimiento detallamente. Mira el centro de la mesa, después agarra el sal, mírame, pásamela, vuelve a poner en su lugar.

Suena un poco extraño, ¿no? Eventualmente se crearon instrucciones más complejas y los procesadores comenzaron a integrar más bloques lógicos para manejarlas. Así nació CIS, la arquitectura utilizada por X86.

Este enfoque fue genial para los programadores y las empresas, ya que permitía crear nuevas funciones fácilmente siempre que hubiera presupuesto. Sin embargo, eso llenó a los procesadores X86 de instrucciones complejas y obsoletas que hoy casi no se usan. Para solucionar eso se desarrolló el RIS donde el conjunto de instrucciones es más limitado y simple pero optimizado.

Aunque programar en ensamblador para ARM puede parecer más complejo, una operación en X86 puede requerir tres líneas de código frente a 9 en ARM. Los compiladores actuales se encargan de esa tarea. El diseño interno de un procesador ARM resulta más sencillo con bloques repetidos y optimizados para operaciones frecuentes, mientras que en X86 hay bloques dedicados para instrucciones específicas y antiguas.

Eso permite a ARM realizar múltiples operaciones simples al mismo tiempo y ocupar menos espacio en el chip. Por eso, ARM resulta más eficiente en dispositivos móviles, mientras que X86 sigue dominando en el mercado de computadoras tradicionales. Ambas arquitecturas tienen ventajas y desventajas según el contexto de uso y de ahí surge la importancia de entenderlas bien antes de elegir qué tecnología usar.

Vamos a ver un ejemplo muy concreto. Tenemos aquí dos procesadores del mismo año 1985, muy viejos. el ARM1 y el Intel 386.

A pesar de tener un rendimiento parecido, el ARM ocupa la mitad de espacio y tiene 10 veces menos transistores, 25,000 frente a los 275,000 de Intel. El consumo energético también cambia drásticamente 0. 1 W frente a 2 W de Intel.

Sí, eso fue hace más de 30 años, pero los smartphones actuales siguen siendo eficientes, no necesitan refrigeración activa y funcionan muy rápido. Esas son solo diferencias técnicas, pero también hay aspectos organizativos que marcan esa diferencia. ¿Te has preguntado alguna vez por qué hay tantos fabricantes de procesadores para smartphones y solo AMD, Intel para ordenadores?

La respuesta es sencilla. ARM no fabrica procesadores, sino que licencia su arquitectura. Incluso Apple ha participado en el desarrollo de ARM junto con Accord Computers y VLSI Technology, formando parte del consorcio Advanced Risk Machines ARM.

De hecho, necesitaban un nuevo procesador para un dispositivo revolucionario, el Apple Newton, que buscaba reconocir escritura manual. Si quisieras podrías diseñar tu propio procesador ARM, solo necesitarías mucho dinero. Sin embargo, fabricar procesadores X86 solo pueden hacerlo los verdes y los azules.

Pues los Intel y los AMD. Al revés. Intel son azules, AMD son verdes.

Espero que me entiendes. Entonces, ¿qué significa eso? Menos competencia y menos innovación.

Así que algunos piensan que la producción de los procesadores X86 se estanca poco a poco, mientras que los ARM al contrario, avanzan cada vez más. Y aquí viene la gran pregunta. ARM parece increíble, pero ¿por qué no ha reemplazado por completo a X86 en ordenadores, portátiles y servidores?

¿Y por qué Apple decidió hacer esa transición con sus chips M? ¿Cómo llegó a pasar eso? Al fin y al cabo, en Intel y AMD no trabajan novatos.

Los procesadores modernos con arquitectura han evolucionado tanto que en muchos aspectos se parecen cada vez más a los de arquitectura Risk. Desde hace bastante tiempo, Intel y AMD han estado desarrollando procesadores híbridos, pero deshacerse del lastre del pasado no es tan sencillo. Esos procesadores descomponen las instrucciones complejas en microincciones o micro OBS.

Y aquí es donde viene lo interesante. Estas microinstrucciones las ejecutan núcleos basados en arquitectura Risk. Sí, así es.

Esos cuatro u ocho núcleos en tu ordenador también son en esencia núcleos Risk. Quizás te he confundido un poco, pero la clave es esa, la diferencia entre Risk y Ciskdibujando cada vez más. Entonces, ¿qué es lo verdaderamente importante?

Ahora, la respuesta es la microarquitectura, es decir, lo bien organizado, eficiente que está todo dentro del chip de silicio. Aquí es donde los fabricantes compiten realmente. Echemos un vistazo al rendimiento actual de los procesadores ARM.

Probablemente hayas oído que los iPads con los chips M más recientes no tienen mucho que envidiar a los MacBook Pro de unos años atrás con procesadores, no sea Intel Core, i7 o i10. A pesar de esa inteligencia, Intel bajo la dirección de su CEO, Pad Helsing consideró que los PCs con chips ARM tienen un papel bastante insignificante en el mercado, confiando en la fortaleza de su propia hoja de ruta con los próximos procesadores Meteor Lake. Y aquí es donde entra Apple con sus Apple Silicon.

probablemente es la única empresa capaz de motivar a una gran cantidad de desarrolladores a crear software optimizado para ARM a gran escala, porque sus chips de la serie M, primero ya tienen cuatro generaciones, M1, M2, M3, M4 y segundo, función genial en todo tipo de tareas y todo tipo de dispositivos, tanto en iPads como los dispositivos más compactos como en MacBook, que son los portátiles 100% para trabajos duros y otros productores ya empiezan a ver Apple con Nvidia, No con Nvidia la compañía, sino con Nvidia, pues que tienen Nvidia Apple, que tienen tanto éxito con sus chips M. Y sí, ya empiezan a desarrollar sus propios chips ARM para portátiles, pero ya es tarde, no lo sé. Vamos a ver entonces, ¿qué podemos esperar de todo eso en el futuro cercano?

Primero, ver cómo se desarrollan los chips M de Apple, porque parece que en los últimos años también se estancan poco a poco de los procesadores M de Apple. Tengo un vídeo separado, lo puedes encontrar por aquí. Segundo, un probable aumento en la demanda de procesadores ARM, lo cual es genial para la competencia.

Tercero, una mayor cantidad de desarrolladores interesados en crear software y aplicaciones para esa arquitectura. Y además quizás eso también impulsa a otras regiones como India, por ejemplo, adoptar ARM de forma más sólida, algo que hasta ahora no les ha resultado del todo bien. Pero esa es otra historia.

Espero que he podido explicar de manera bastante clara la diferencia entre ARM y X86. Si te gusta el tema de los procesadores, puedes ver estos vídeos también. y nos vemos pronto.