در دنیای تکنولوژی که به سرعت در حال تغییر است، انتخاب معماری پردازنده مناسب میتواند به طور قابل توجهی بر عملکرد، کارایی و هزینه تاثیر بگذارد. در این مطلب، تفاوت‌های بین معماری ARM و x86 را از معیارهای عملکرد تا مفاهیم عملی و هر آنچه در مورد معماری‌های ARM64 و X64 باید بدانید را در زمینه محاسبات مدرن و زیرساخت ابری بررسی خواهیم کرد.
معماری CPU چیست؟
معماری CPU طرح اساسی و نقشه عملیاتی واحد پردازش مرکزی کامپیوتر است. نحوه پردازش، مدیریت و اجرای دستورالعمل‌ها (instruction) را در ابتدایی ترین سطح سخت افزار تعریف و عناصر ساختاری اصلی را دیکته می‌نماید که چگونه یک پردازنده را تعیین می‌کند:
- دستورالعمل‌های ماشین را تفسیر می‌کند
- جریان داده (data flow) را مدیریت می‌کند
- وظایف محاسباتی را انجام می‌دهد
- تخصیص و استفاده از ثبات (register)
- تعاملات حافظه را مدیریت می‌کند
برای درک این موضوع، می توانید معماری CPU را به عنوان طراحی موتور در خودرو، نرم افزار به عنوان دستورالعمل‌های راننده و سیستم عامل را به عنوان داشبورد و مکانیسم‌های کنترلی که همه چیز را هماهنگ می‌کند، در نظر بگیرید.
معماری CPU چه تفاوتی با نرم افزار دارد؟
نرم افزار به عنوان یک لایه انتزاعی در بالای معماری CPU عمل می‌کند و مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها است که به دستورات سطح ماشین ترجمه شده‌اند که به معماری زیربنایی برای اجرا بستگی دارد و میتواند برای مطابقت با دستورالعمل‌های خاص CPU کامپایل یا تفسیر شود.
معماری CPU چه تفاوتی با سیستم عامل دارد؟
سیستم عامل‌ها منابع سخت افزاری را مدیریت می‌کنند و رابطی بین سایر نرم افزارها و سخت افزار کامپیوتر فراهم می‌کنند. از طریق هسته‌ها و درایورهای تخصصی، یک سیستم عامل میتواند چندین معماری CPU را پشتیبانی کند.
با این حال، این تنها در صورتی امکان پذیر است که توسعه دهنده یک نسخه تخصصی از سیستم عامل را برای یک معماری خاص ایجاد کند. به عنوان مثال، ویندوز یک نسخه ویژه از سیستم عامل خود را برای ویندوز در دستگاه‌های ARM دارد.
معماری سرور ARM
ARM64 به معماری پردازنده ARM 64 بیتی اشاره دارد که با نام ARMv8-A نیز شناخته می‌شود. یک طراحی RISC (Reduced Instruction Set Computer) است که نسبت به معماری ۳۲ بیتی قبلی ARM پیشرفت‌های قابل توجهی را ارائه می‌دهد.
پردازنده‌های ARM64 به طور گسترده در دستگاه‌های مختلف از جمله گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ تاپ‌ها و سرورها استفاده می‌شود. آنها همچنین تقریبا در تمام دستگاه‌های تلفن همراه مدرن استفاده می شوند، جایی که بهره وری انرژی بسیار مهم است. اگرچه ARM64 هنوز لبه‌های ناهمواری دارد، اما ARM64 در حوزه طراحی سیستم جاسازی شده و محاسبات ابری مورد توجه قرار می‌گیرد، جایی که عملکرد و مقیاس‌پذیری آن دارایی‌های ارزشمندی هستند.
دو دلیل اصلی وجود دارد که چرا مردم از CPUهای ARM استفاده می کنند:
- عملکرد بهبود یافته: در مقایسه با پردازنده‌های ARM 32 بیتی، پردازنده‌های ARM64 خط لوله دستورالعمل کارآمدتری دارند و می‌توانند دستورالعمل‌های بیشتری را در هر چرخه ساعت اجرا کنند.
- بهره وری انرژی: معماری ARM64 برای مصرف انرژی کم طراحی شده است و آن را برای برنامه‌های موبایل، جاسازی شده و اینترنت اشیا (IoT) مناسب می‌کند.
معماری سرور X86
معماری X64 که با نام‌های AMD64 یا Intel 64 نیز شناخته می‌شود، یک توسعه ۶۴ بیتی از معماری x86 است که توسط AMD توسعه داده شد و بعدا توسط اینتل برای توسعه CPU مورد استفاده قرار گرفت. اکنون، آن را به معماری غالب پردازنده ۶۴ بیتی برای کامپیوترهای دسکتاپ و سرور تبدیل کرده است.
معماری X86 معمولا در روزهای اولیه محاسبات مورد استفاده قرار می گرفت، اما بعدا به دلایل مختلفی با معماری X64 جایگزین شد:
- ثبات‌ها و فضای آدرس ۶۴ بیتی: پردازنده‌های X64 از انواع داده‌های اعداد صحیح و ممیز شناور ۶۴ بیتی پشتیبانی می‌کنند که به آنها اجازه می‌دهد تا به حافظه بیشتری (تا ۱۶ اگزابایت) در مقایسه با معماری ۳۲ بیتی x86 دسترسی داشته باشند.
- مجموعه دستورالعمل‌های توسعه یافته: X64 دستورالعمل‌ها و ثبات‌های اضافی را معرفی می‌کند که عملکرد را برای برنامه‌های ۶۴ بیتی افزایش می‌دهد که شامل پشتیبانی از رجیسترهای همه منظوره است که می تواند کارایی عملیات حسابی و منطقی را بهبود بخشد.
- سازگاری به عقب: پردازنده‌های X64 سازگاری با مجموعه دستورالعمل‌های ۳۲ بیتی x86 را حفظ می‌کنند و تضمین می‌کنند که نرم‌افزارهای موجود طراحی‌شده برای سیستم‌های ۳۲ بیتی می‌توانند به‌طور یکپارچه روی پلتفرم‌های ۶۴ بیتی اجرا شوند.
vps یک ماشین مجازی کامل است که امکان دسترسی SSH طبق آموزش را به آن خواهید داشت.
خرید vps در پنج موقعیت جغرافیایی ایران، ترکیه، هلند، آلمان و آمریکا با قابلیت تحویل آنی در پارسدو فراهم است.
راهنمای مقایسه معماری ARM64 و X64
اگر به دنبال انتخاب بین معماری ARM و x86 هستید، چندین چیز وجود دارد که باید بدانید:
مقایسه اصلی معماری
معماری ARM و x86 دو رویکرد کاملا متفاوت برای طراحی CPU هستند که معمولا با معماری مجموعه دستورالعمل (ISA) متمایز می‌شوند.
ARM از یک مدل محاسباتی RISC پیروی می‌کند، که یک دستورالعمل ساده تر و کارآمدتر است که میتواند به سرعت و با مصرف انرژی کمتر اجرا شود.
در مقابل، x86 از رویکرد محاسبات CISC استفاده می‌کند که از دستورالعمل‌های پیچیده‌تر و چند مرحله‌ای پشتیبانی می‌کند که میتواند عملیات پیچیده‌تری را با خطوط کد کمتر انجام دهد.
در حالی که این معماری ها به دلیل مجموعه دستورالعمل‌های متمایز خود نمی‌توانند به طور مستقیم کدهای سطح ماشین یکدیگر را اجرا کنند، زبان‌های برنامه نویسی مدرن یک لایه انتزاعی حیاتی ارائه می دهند. کامپایلرها می‌توانند کدهای سطح بالا را به دستورالعمل‌های ماشینی خاص معماری ترجمه کنند و اجازه می‌دهند همان کد منبع برای هر دو پردازنده ARM و x86 کامپایل شود.
این بدان معناست که یک برنامه پایتون، جاوا یا C++ میتواند برای تولید دستورالعمل‌های بومی خاص برای معماری‌های ARM یا x86 کامپایل شود و قابلیت حمل نرم‌افزار را در انواع مختلف CPU و در عین حال حفظ عملکرد بهینه برای هر پلتفرم، امکان‌پذیر می‌سازد.
سازگاری نرم افزار
سازگاری نرم افزاری بین معماری‌های ARM64 و X64 به طور قابل توجهی بهبود یافته است، به طوری که اکثر زبان‌های برنامه نویسی مدرن و فریمورک‌ها از طریق تکنیک‌های کامپایل متقابل، از هر دو پلتفرم پشتیبانی می‌کنند.
پلتفرم‌های بزرگی مانند لینوکس، ویندوز و macOS اکنون زنجیره‌های ابزار قوی را ارائه می‌کنند که توسعه‌دهندگان را قادر می‌سازد تا برنامه‌هایی بسازند که به راحتی برای معماری‌های مختلف CPU دوباره کامپایل شوند.
در حالی که برخی از نرم افزارهای تخصصی و ابزارهای سطح پایین سیستم ممکن است هنوز به اصلاحات خاص معماری نیاز داشته باشند، اکثریت قریب به اتفاق برنامه های سطح بالا اکنون می‌توانند به طور یکپارچه بین ARM64 و X64 با حداقل تلاش مهندسی اضافی سازگار شوند.
ملاحظات هزینه
معماری سرور مبتنی بر ARM یک جایگزین مقرون‌به‌صرفه برای سیستم‌های x86 سنتی در نظر گرفته می‌شود، در درجه اول به دلیل مصرف انرژی ذاتی کمتر و طراحی تراشه کارآمدتر. بهره وری اساسی انرژی پردازنده های ARM به مراکز داده اجازه می دهد تا هزینه های برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
کاهش در هزینه‌های عملیاتی به همین دلیل است که ارائه دهندگان بزرگ ابر و مراکز داده سازمانی به تدریج زیرساخت های خود را به سمت راه حل های مبتنی بر ARM تغییر م دهند.
اما مزایای هزینه فراتر از مصرف انرژی است.
طراحی ARM امکان تولید تراشه فشرده‌تر و کارآمدتر از نظر حرارتی را فراهم می‌آورد که منجر به کاهش هزینه‌های تولید سخت‌افزار و توانایی ایجاد تنظیمات سرور متراکم‌تر می‌شود و انگیزه اقتصادی به ویژه برای ارائه دهندگان ابر مقیاس بزرگ و محیط های محاسباتی در مقیاس بزرگ که هزاران سرور را به طور همزمان کار می کنند قانع کننده است.
بنچمارک: عملکرد سرور ARM64 و X64
ما یک محیط آزمایش کنترل شده طراحی کردیم که متغیرها را به حداقل رساند و ارزیابی منصفانه ای از عملکرد سرور ARM64 و X64 ارائه داد.
دو پیکربندی سرور یکسان را در یک ارائه‌دهنده ابری و یک منطقه مستقر کردیم، که به دقت مشخصات از جمله تعداد vCPU، تخصیص حافظه و پارامترهای شبکه را تطبیق دادیم.
پس از آن، ما یک نصب استاندارد وردپرس با ۲۰ نوشته وبلاگ برای ارزیابی عملکرد خود ایجاد کردیم.
ما از k6 برای تست لود و Grafana برای تجسم عملکرد برای اجرای یک تست لود ۵ دقیقه ای با ۲۰ کاربر مجازی همزمان استفاده کردیم. در طول آزمایش‌های خود، معیارهای مهم عملکرد، از جمله درخواست‌ها در ثانیه، زمان‌های پاسخ و نرخ شکست HTTP را ردیابی کردیم.
نتایج بنچمارک مزایای عملکرد قابل توجهی را برای سرورهای مبتنی بر ARM در این سناریوی آزمایشی خاص نشان می‌دهد. مشاهدات کلیدی عبارتند از:
• حجم درخواست (Request Volume): سرورهای ARM تقریبا ۵۴ درصد درخواست‌های بیشتری را در مقایسه با سرورهای x86 پردازش کردند که نشان دهنده بهبود قابل توجهی در توان عملیاتی است.
• کارایی درخواست (Request Efficiency): بیشترین درخواست بر ثانیه برای سرورهای ARM (32 RPS) به طور قابل ملاحظه ای بهتر از سرورهای x86 (21.67 RPS) است که کارایی محاسباتی افزایش یافته را نشان می‌دهد.
• عملکرد تاخیر (Latency Performance): زمان پاسخگویی P95 برای سرورهای ARM (383 میلی‌ثانیه) به طور قابل‌توجهی کمتر از سرورهای x86 (893 میلی‌ثانیه) است که نشان‌دهنده کاهش چشمگیر تاخیر است که میتواند تجربه کاربر را بهبود بخشد.
با حفظ کنترل دقیق بر روی متغیرهای آزمایش و استفاده از ابزارهای تجزیه و تحلیل عملکرد استاندارد صنعت، ما یک روش معیار شفاف و قابل تکرار ایجاد کردیم. هدف ما اعلام برنده قطعی نبود، بلکه ارائه دیدگاهی عینی و مبتنی بر داده در مورد قابلیت‌های عملکرد فعلی معماری‌های سرور ARM و x86 بود.
در حالی که این معیارها عملکرد چشمگیر ARM را برجسته می کنند، مهم است که درک کنیم که انتخاب معماری سرور تفاوت های ظریفی دارد. معماری سرور x86 یک فناوری قوی و بالغ با:
• پشتیبانی گسترده از اکوسیستم
• قابلیت اطمینان اثبات شده
• پذیرش گسترده سازمانی
• توسعه قابل توجه و بهینه سازی مداوم
نتایج باید به‌عنوان نمایشی از قابلیت‌های نوظهور ARM به جای توصیه‌های جایگزین عمده‌فروشی تفسیر شود. هنگام بررسی تغییرات معماری، باید الزامات حجم کاری خاص، زیرساخت های موجود، نیازهای سازگاری و کل هزینه مالکیت را ارزیابی کنید.
جمع بندی
در طول این مطلب، تفاوت‌های ظریف معماری ARM64 و X64 و همچنین نقاط قوت و ملاحظات هر پلتفرم را مورد بحث قرار داده‌ایم.
با این حال، انتخاب بین ARM و x86 یک تصمیم باینری نیست، بلکه یک سری ملاحظات استراتژیک است که به نیازهای لود کاری خاص، ساختارهای هزینه و نیازهای عملکرد بستگی دارد.
