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Tudo o que você quis saber sobre computadores ARM

Já faz alguns anos que se fala em computadores (notebooks e desktops) equipados com processadores ARM, mas até o momento eles não “decolaram”, apesar das suas muitas qualidades. Você sabe por quê?

Mais ainda, sabe responder o que é um processador ARM? Quais as vantagens e desvantagens dessa arquitetura?

Se você tem esse tipo de dúvida, o bate-papo de hoje é para você!

O que é um processador ARM?

Os processadores ARM são um tipo de processador baseado na arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computing), que é um modelo de design de processadores que faz uso de um conjunto reduzido de instruções usadas no funcionamento da CPU, de modo que o seu desempenho seja otimizado e possua elevada eficiência energética.

Na prática, essa arquitetura resulta em processadores com as seguintes características:

O conjunto reduzido de instruções da arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer ou Computador com Conjunto Reduzido de Instruções, em português), implica tempos de processamento menores e que na prática se traduz em ótimo desempenho, especialmente em tarefas para múltiplos núcleos;
O consumo de energia é significativamente menor do que os processadores X86 (Intel e AMD), que são os que estamos acostumados a ter em notebooks e desktops ou mesmo em servidores;
Ótima escalabilidade, que em termos práticos resultam em processadores para dispositivos de pequeno porte, como smartwatches, ou para alta demanda por processamento, como servidores de alto desempenho;
Muitos processadores ARM são integrados no que se conhece como SoC (System-on-a-Chip ou sistema em um chip), contendo em um mesmo encapsulamento, a CPU, a GPU, a memória e além de outros possíveis componentes;
Comparativamente aos processadores x86, produzem menos calor, o que requer sistemas de resfriamento ativo menores e mais simples e em alguns casos, até o seu uso é dispensável;
Os fabricantes de chips ARM, podem modificar o design padrão para criar processadores para usos específicos.

A arquitetura ARM foi desenvolvida pela empresa britânica ARM Holdings, que licencia seus designs para outras fabricantes de chips, como a Qualcomm, a MediaTek, a Samsung, a Nvidia, a Unisoc ou a Apple.

E se você já ouviu falar de algumas dessas marcas, é porque os processadores ARM dessas e de outras marcas licenciadas, estão presentes em quase todos os smartphones, tablets, smartwatches e outros dispositivos, devido às características acima, como o baixo consumo energético e por dispensar um sistema de dissipação de calor.

Diferente dos processadores X86, que são baseados na arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computing) e possuem um conjunto mais complexo de instruções, os chips ARM são mais eficientes e adequados para uso em dispositivos móveis, wearables ou até mesmo dispositivos IoT (Internet das Coisas).

Exemplos de processadores ARM

Conforme mencionamos, há muitos fabricantes que são licenciados pela ARM Holdings e, portanto, são habilitados a produzir seus próprios chips ARM:

Qualcomm – certamente é das fabricantes mais conhecidas, produzindo entre outros, o Snapdragon 8 Gen 2, que equipa celulares Android e tablets. Inclusive, a Qualcomm rivalizou com a Intel, ao produzir uma das primeiras CPUs para notebooks, o Snapdragon 8cx;
Samsung – quem tem um smartphone ou tablet Samsung Galaxy, tem um chip ARM Exynos sendo responsável pelo funcionamento e recursos do seu aparelho;
Apple – a marca da maçã, usa chips ARM em seus dispositivos desde o primeiro chip A4, lançado em 2010. A linha A (A16 Bionic, A15 Bionic e A14 Bionic) é a utilizada em iPhones. Já a linha M (M1, M1 Pro, M1 Max, M3, M3 Pro, M3 Max, M3 Ultra e M4) é o coração dos MacBooks;
MediaTek – outro fabricante presente em várias marcas e modelos de celulares Android, tem duas famílias principais de chips, a Helio e a Dimensity. A primeira é mais ampla e tem opções que vão do básico ao avançado. Já a segunda, é destinada aos equipamentos mais caros e de melhor desempenho;
HiSilicon – é uma empresa chinesa que fornece chips prioritariamente para a Huawei, sendo que a linha Kirin é o seu carro-chefe, com destaque para o Kirin 9000S (processador de alta performance) e o Kirin 990 5G (processador com conectividade 5G e bom desempenho);
Unisoc – outro player chinês, com foco em soluções de baixo custo e tecnologia 5G (uma das três principais empresas de chips 5G), presente em modelos de entrada e intermediários, de marcas como Motorola, ZTE, HTC e Realme.

Quais as vantagens dos processadores ARM?

É oportuno salientar que tratar das vantagens e desvantagens de qualquer coisa, deve ser uma avaliação comparativa e que no nosso caso, é relativa aos processadores Intel e AMD (arquitetura X86), já que são os mais usados em notebooks / desktops e servidores.

1. Desempenho

Por serem baseados na arquitetura RISC, o desempenho é bastante otimizado, sendo adequado para aplicações que demandam processamento paralelo, bem como aplicações que fazem uso de inteligência artificial e aprendizado de máquina.

Também tem crescido seu uso em cloud computing, como é o caso dos processadores AWS Graviton que são usados no Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2).

Como é possível ver nesse vídeo, em um notebook equipado com um Snapdragon 8cx, navega-se bem mais rápido do que um X86 equivalente.

2. Consumo energético

O consumo energético é significativamente inferior, sendo ideais para dispositivos menores, como smartphones e smartwatches.

Porém, mesmo em um servidor, esse consiste de um benefício muito importante, já que no caso de um data center com vários servidores, isso acaba por influenciar bastante no custo operacional.

3. Tamanho

Vários aspectos da arquitetura e dos processos de fabricação, como por exemplo, a integração em um SoC, permitem um grau de miniaturização maior, resultando em dispositivos menores e mais leves.

Exemplos não faltam, como é o caso do Sige7 da Armson ou o mais famoso Raspberry Pi 5.

Ambos reúnem em placas de dimensões bastante reduzidas, quase tudo o que um PC completo precisa para funcionar.

No caso do Sige7, ele tem:

Processador Rockchip RK3588 SBC, uma CPU octa-core de 64-bits (Quad Cortex-A76 e Quad Cortex-A55);
GPU ARM Mali-G610 MP4 de quatro núcleos e velocidade de 1GHz;
Uma NPU destinada a processamento de rede neural, usado em aplicações de inteligência artificial e aprendizado de máquina;
Duas entradas USB type-C, uma USB 2.0 e uma USB 3.0;
Duas portas Ethernet 2.5G;

Wi-Fi 6;
Bluetooth 5;
Saída HDMI;
Slot LPDDR4 (Low Power Double Data Rate 4) de memória RAM projetada para baixo consumo de energia;
Slot para cartão micro SD;
Memória eMMC (Embedded MultiMediaCard) de armazenamento flash embarcado, de 64 ou de 128 GB;
Conector M.2 Key M, que usa interface PCI Express (PCIe) para comunicação, permitindo instalar um SSD NVMe.

Enfim, uma placa que permite ter um computador completo, até mais do que muitos, mas que cabe na palma da mão!

4. Custos

O custo absoluto para produção dos chips é menor e que aliado ao menor consumo energético, além da dispensa de sistemas de resfriamento ativo (em alguns casos) por menor produção de calor, resultam em menores custos finais por parte dos dispositivos baseados em ARM.

Os gabinetes também são menores e tudo o que envolve o hardware também.

Quando pensamos em vários servidores em um data center, o custo operacional é reduzido de modo significativo.

Quais as desvantagens dos processadores ARM?

Nesse ponto, você deve estar se perguntando, mas se o ARM oferece tantas vantagens e parece ser a solução do futuro, o que ainda impede de aposentar outras tecnologias e não se tornar o novo padrão.

A resposta é simples, as suas desvantagens!

Apesar dos processadores ARM oferecerem vantagens importantes, há aspectos que ainda são decisivo e têm retardado a sua adoção maciça.

1. Compatibilidade de Software

A quase totalidade dos softwares para desktop existentes, foi desenvolvida para rodar na arquitetura CISC, a presente nos processadores X86, da Intel e AMD, a qual possui diferenças fundamentais para a RISC, na qual se baseiam os processadores ARM.

Ainda que essa questão da compatibilidade com software ARM venha sendo trabalhada, ainda há um longo caminho a ser percorrido.

É uma espécie de dilema, já que desenvolver versões de programas / aplicativos para ARM, significa investimentos pesados e ainda há pouquíssimas opções de hardware baseado em ARM. Ao mesmo tempo, os fabricantes não investem seriamente em hardware ARM, por conta dos problemas de compatibilidade.

A outra solução, que é a emulação, responsável por uma camada de “tradução” das instruções do software criado para X86, de modo o processador ARM consiga entendê-las, o que gera uma perda importante de desempenho em alguns casos, como por exemplo, em jogos, além de aumentar o consumo energético.

A Apple consegue melhores resultados na emulação, com o Rosetta 2, mas o correspondente da Microsoft (Prism), embora se saia bem com vários programas, com alguns, especialmente os legados e mais antigos, implica travamentos, erros em tempo de execução e nos casos mais graves, simplesmente não funciona.

Por fim, ainda há o problema da compatibilidade de hardware, já que boa parte dos drivers existentes, precisam ser especificamente projetados para a arquitetura ARM, resultando em dilema semelhante ao anterior. Ou seja, não é possível instalar e usar vários periféricos e hardwares.

2. Desempenho em certos cenários

Há cenários nos quais o desempenho dos chips ARM, é inferior, como por exemplo, em tarefas de processamento de núcleo único.

Os melhores processadores X86, ainda performam melhor em alguns cenários de processamento single core e isso é uma vantagem da arquitetura CISC usada nos chips X86.

Outro fator importante, é que a portabilidade para ARM, ainda não alcançou o estágio de maturidade que o X86 já tem, que é fruto de décadas de desenvolvimento. É preciso lembrar, que muitos softwares populares, vem sendo desenvolvidos há muitos anos, tanto para oferecer mais recursos, mas também para desempenharem melhor e aproveitarem as características dos chips Intel e AMD.

3. Disponibilidade de hardware

Indiretamente já mencionamos esse aspecto.
A oferta de notebooks / desktops equipados processadores ARM, ainda é tímida e se restringe a pouquíssimos modelos e marcas, o que traz algumas implicações:

Consumidores ainda veem com desconfiança essas opções;
Ainda há poucas opções de software, por não haver muitos usuários usando ARM;
Exceto no caso do MacOs e pouquíssimas distribuições Linux (ex: Ubuntu), os outros sistemas operacionais ainda não funcionam totalmente bem com a arquitetura ARM;
Menos informações (ex: tutoriais e dicas) para uso e configurações dos equipamentos;
A comunidade de desenvolvedores e suporte técnico para a plataforma ARM em desktops, é bem menor do que a da X86, o que pode dificultar a solução de problemas ou a busca por soluções específicas.
Suporte limitado a certas tecnologias e recursos avançados, que já estão disponíveis dispositivos equipados com processadores X86.

4. Modularidade

Se por um lado a integração SoC tem suas vantagens, também tem desvantagens.

Como dissemos, alguns fabricantes integram em um só chip a CPU, a GPU, a memória e outros componentes, que são separados quando pensamos em dispositivos X86.

Em termos práticos, significa que se algum problema ocorrer, é preciso trocar tudo, o que é mais caro. Além disso, esse modelo impede que se faça um upgrade, aumentando a memória, ou seja, possível trocar a unidade de armazenamento por uma maior ou mais rápida.

Os poucos modelos de notebook baseado em ARM existentes, permitem NENHUM upgrade de hardware, o que limita bastante o interesse dos consumidores.

Conclusão

Os processadores ARM oferecem vantagens inegáveis, mas também enfrentam desafios importantes que impedem que se tornem o padrão de notebooks e desktops.