Was ist ARM64?

Verstehen der ARM-Architektur

Bevor wir uns mit ARM64 befassen, sollten wir zunächst die Grundlagen schaffen. ARM steht für Advanced RISC Machine, eine Art von Prozessorarchitektur, die für ihre Effizienz und ihren Schwerpunkt auf RISC (Reduced Instruction Set Computing) bekannt ist. RISC-Prozessoren bevorzugen einen kleineren Satz einfacherer Anweisungen, was zu einem geringeren Stromverbrauch und einer kleineren Chipgröße führt. Dies macht sie ideal für mobile Geräte wie Smartphones und Tablets, bei denen Akkulaufzeit und Tragbarkeit entscheidend sind.

Die ARM-Architektur selbst umfasst eine große Familie von Befehlssätzen mit Variationen für unterschiedliche Leistungs- und Energieanforderungen. Traditionell arbeiteten ARM-Prozessoren im 32-Bit-Modus, was die Menge an Speicher, die sie adressieren konnten, und die Größe der Daten, die sie verarbeiten konnten, begrenzte. An dieser Stelle tritt ARM64 auf den Plan.

Der Aufstieg von ARM64: Die Umstellung auf 64-Bit-Computing

ARM64 wurde 2011 mit der Armv8-A-Architektur eingeführt und repräsentiert den 64-Bit-Ausführungsstatus innerhalb der ARM-Familie. Diese Umstellung bedeutete einen bedeutenden Sprung nach vorn und ermöglichte es ARM-Prozessoren,..:

• Mehr Speicher adressieren: Dank der 64-Bit-Adressierung können ARM64-Prozessoren im Vergleich zu ihren 32-Bit-Gegenstücken wesentlich größere Speichermengen verarbeiten. Dies führt zu einem reibungsloseren Multitasking, der Verarbeitung größerer Dateien und der Ausführung komplexerer Anwendungen.
• Verarbeitung größerer Datenmengen: Die Fähigkeit, mit 64-Bit-Daten zu arbeiten, ermöglicht präzisere Berechnungen und Manipulationen komplexer Datensätze. Dies ist besonders vorteilhaft für Bereiche wie wissenschaftliches Rechnen, Datenanalyse und High-Fidelity-Grafik.
• Verbesserte Sicherheit: ARM64 verfügt über zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie Address Space Layout Randomization (ASLR) und Memory Tagging, die es bösartiger Software erschweren, Schwachstellen auszunutzen.

Diese Vorteile haben den ARM64 über den Bereich der Mobilgeräte hinaus bekannt gemacht. Heute findet er zunehmend seinen Weg in:

• Laptops und Desktops: Mehrere Hersteller bieten inzwischen Laptops und Desktops mit ARM64-Prozessoren an. Diese Geräte zeichnen sich durch eine beeindruckende Akkulaufzeit aus und sind oft für Aufgaben wie Web-Browsing, Office-Produktivität und Multimedia-Konsum bestens geeignet.
• Server: Die Effizienz und Skalierbarkeit von ARM64-Prozessoren machen sie für Serveranwendungen attraktiv, insbesondere in Cloud-Computing-Umgebungen, in denen der Stromverbrauch eine wichtige Rolle spielt.
• Internet der Dinge (IoT): Der geringe Stromverbrauch von ARM64-Prozessoren macht sie ideal für die Stromversorgung verschiedener vernetzter Geräte im IoT-Bereich, von intelligenten Haushaltsgeräten bis hin zu Wearables.

Mehr als nur die Grundlagen: Erforschung der technischen Details von ARM64

Für diejenigen mit technischem Hintergrund, lassen Sie uns tiefer in die Feinheiten von ARM64 eintauchen:

• Befehlssatzarchitektur (ISA): ARM64 verwendet den AArch64-Befehlssatz, der im Vergleich zu seinem 32-Bit-Vorgänger eine breitere Palette von Befehlen bietet. Dies ermöglicht eine effizientere Ausführung komplexer Aufgaben.
• Register: Der ARM64 verfügt über 31 Allzweckregister, die jeweils 64 Bit breit sind. Dies ermöglicht es dem Prozessor, größere Datenmengen gleichzeitig zu speichern und zu verarbeiten, was die Leistung verbessert.
• Speicherverwaltung: ARM64 bietet verschiedene Speicherverwaltungsfunktionen wie virtuellen Speicher und Speicherschutzeinheiten, die die Systemstabilität und -sicherheit erhöhen.
• Erweiterungen: Die AArch64-Architektur kann mit optionalen Befehlssätzen wie NEON für SIMD-Operationen (Single Instruction, Multiple Data) und Scalable Vector Extensions (SVE) für noch intensivere Arbeitslasten erweitert werden.

ARM64 vs. x86-64: Eine Geschichte von zwei Architekturen

Während ARM64 immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist x86-64, eine weitere 64-Bit-Architektur, seit langem der dominierende Akteur im Bereich der Personal Computer. Hier ist ein kurzer Vergleich:

Merkmal	ARM64	x86-64
Design-Philosophie	RISC (Reduced Instruction Set Computing)	CISC (Complex Instruction Set Computing)
Stromverbrauch	Im Allgemeinen niedriger	Im Allgemeinen höher
Befehlssatz	AArch64	x86-64
Register	31 x 64-Bit-Register für allgemeine Zwecke	Variiert je nach Prozessorgeneration
Gemeinsame Anwendungen	Mobile Geräte, Laptops, Server (im Entstehen begriffen)	Desktops, Laptops, Server (dominant)

Die Software-Landschaft und Entwicklung für ARM64

Eine der größten Herausforderungen für die Einführung von ARM64, insbesondere außerhalb des mobilen Bereichs, ist das Software-Ökosystem. Traditionell wurden die meisten Softwareanwendungen für x86-64-Prozessoren entwickelt und optimiert. Das bedeutet, dass ARM64-Geräte möglicherweise nicht über native Versionen der gewünschten Software verfügen oder dass die verfügbaren Versionen nicht so gut funktionieren wie ihre x86-Gegenstücke.

Die Landschaft entwickelt sich jedoch schnell weiter. Hier ein Blick darauf, wie sich das Software-Ökosystem an ARM64 anpasst:

• Native Entwicklung: Softwareentwickler portieren ihre Anwendungen zunehmend auf ARM64, um die Möglichkeiten der Architektur zu nutzen. Dies ermöglicht eine optimale Leistung und Akkuleistung auf ARM64-Geräten.
• Emulation: Emulationstechniken ermöglichen die Ausführung von x86-64-Anwendungen auf ARM64-Prozessoren. Die Emulation ist zwar aufgrund des potenziellen Leistungs-Overheads nicht ideal, aber sie überbrückt die Lücke und gewährleistet eine breitere Palette an Software-Kompatibilität für ARM64-Benutzer.
• Cloud Computing: Cloud-basierte Anwendungen und Dienste werden häufig auf Servern mit unterschiedlichen Prozessorarchitekturen ausgeführt. Dadurch sind sie unabhängig von der Gerätearchitektur des Nutzers, einschließlich ARM64.

Hier sind einige zusätzliche Aspekte, die bei der Entwicklung von ARM64-Software zu beachten sind:

• Entwicklungswerkzeuge: Die Verfügbarkeit von robusten Entwicklungswerkzeugen und Compilern, die speziell für ARM64 entwickelt wurden, ist für eine effiziente Softwareentwicklung von entscheidender Bedeutung. Glücklicherweise entwickeln und unterstützen wichtige Akteure wie Microsoft, Google und ARM selbst aktiv ARM64-Entwicklungstools.
• Programmiersprachen: Moderne Programmiersprachen sind in der Regel architekturunabhängig, d. h. der Code selbst kann so kompiliert werden, dass er auf verschiedenen Architekturen, einschließlich ARM64, läuft. Dies vereinfacht die Entwicklung für ARM64, da die Entwickler ihre bestehende Codebasis nutzen können.

Die Zukunft von ARM64: Ein vielversprechender Weg in die Zukunft

Die Zukunft von ARM64 scheint rosig zu sein. Mehrere Faktoren tragen zu seiner potenziellen Dominanz bei:

• Leistungsverbesserungen: Die ARM-Chipdesigner arbeiten ständig an Innovationen, um die Grenzen der Leistung zu erweitern und gleichzeitig die Effizienz zu erhalten. Dies macht ARM64-Prozessoren zunehmend wettbewerbsfähig mit ihren x86-Pendants.
• Akku-Effizienz: Die stromsparende Designphilosophie von ARM ist nach wie vor ein entscheidender Vorteil, insbesondere für mobile Geräte und Laptops, bei denen die Batterielebensdauer eine wichtige Rolle spielt.
• Wachstum des Software-Ökosystems: Wie bereits erwähnt, wächst das Software-Ökosystem für ARM64 schnell. Mit fortgesetzter Unterstützung von Entwicklern und Tech-Giganten wird sich die Kompatibilität nur verbessern.
• Aufkommende Anwendungen: Der Aufstieg von Technologien wie künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen hängt stark von effizienter Rechenleistung ab. ARMs Fokus auf maschinelle Lernfähigkeiten durch Technologien wie ML-Prozessoren (MLPs) macht den ARM64 gut positioniert für diese aufkommenden Bereiche.

Hier sind einige potenzielle Bereiche, in denen ARM64 in Zukunft eine wichtige Rolle spielen kann:

• Faltbare Telefone und mobile Geräte: Die zunehmende Komplexität und Funktionalität mobiler Geräte machen die Energieeffizienz und Leistung des ARM64 ideal für die Stromversorgung von Smartphones und faltbaren Geräten der nächsten Generation.
• Immer verbundene PCs: Das Konzept der "Always-On, Always-Connected"-PCs, bei denen die Akkulaufzeit im Vordergrund steht, passt perfekt zu den Stärken der ARM64-Prozessoren.
• Cloud-Spiele: Die Fähigkeit von ARM64-Prozessoren, anspruchsvolle Grafikverarbeitung zu bewältigen, macht sie geeignet für Cloud-Gaming-Dienste, bei denen die Rechenleistung aus der Ferne bereitgestellt wird.

Schlussfolgerung: ARM64 - eine Kraft, mit der man rechnen muss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ARM64 nicht nur eine Weiterentwicklung der ARM-Architektur ist, sondern einen bedeutenden Wandel in der Datenverarbeitung darstellt. Seine Fähigkeit, außergewöhnliche Leistung bei gleichzeitiger Energieeffizienz zu liefern, macht ihn zu einer überzeugenden Wahl für eine Vielzahl von Geräten, von mobilen Gadgets bis hin zu leistungsstarken Servern. In dem Maße, wie das Software-Ökosystem weiter reift und die Entwickler das Potenzial von ARM64 nutzen, werden wir erleben, dass diese Architektur eine noch wichtigere Rolle bei der Gestaltung der Zukunft der Computertechnik spielen wird.