Fabricantes de processadores e analistas vêm sugerindo que a indústria de CPU está ensaiando uma mudança do padrão de x86 para o ARM. Como essas arquiteturas se diferenciam na complexidade dos conjuntos de instruções (ISA) que cada uma consegue processar, é importante esclarecer porque essa migração pode fazer sentido a longo prazo.

Com microcontroladores dedicados para acessar componentes, a programação de hardware em x86 fica em sua maioria para as fabricantes de placas-mãe, liberando desenvolvedores de alto nível para criar softwares mais facilmente. Já a ARM traz ISA mais próximas da linguagem de máquina, mais difícil de programar e com os microcontroladores embarcados na própria CPU.

As quatro vantagens da arquitetura ARM sobre a x86

As duas arquiteturas têm vantagens específicas, não sendo possível afirmar que uma é melhor que a outra de forma absoluta. O que podemos fazer é apontar quais os argumentos utilizados para justificar uma suposta migração para ARM.

1. Baixo consumo de energia

Por contar com menos microcontroladores, CPUs ARM realizam o processamento de dados em registros, sem precisar solicitar acesso direto aos endereços de memória e armazenamento. Essa tarefa exige bem menos instruções para ser realizada, pois não depende de componentes intermediários.

Com maior eficiência em alguns processos, e processamento e acesso a dados com menos instruções, o consumo de energia é bastante reduzido. O ponto negativo é que isso exige que os sistemas de armazenamento e memória sejam embarcados no mesmo circuito do processador, em SoCs, reduzindo o potencial de upgrade desses componentes.

Processadores Nvidia Grace baseados em ARM têm consumo energético muito inferior a chips x86 equivalentes em servidores. (Imagem: Nvidia/Reprodução)

2. Ênfase diferente

Os conjuntos reduzidos de instruções também favorecem para que os chips ARM sejam especializados em tarefas mais específicas. Devido ao seu baixo custo de operação, eles acabam sendo excelentes opções para sistemas que exigem muitas operações recorrentes executadas por longos períodos, como treinamento de inferências em servidores de IA.

Isso não significa que eles não consigam realizar tarefas mais complexas, tanto que a Apple adotou o padrão em seus MacBooks com chip M1 e M2. Contudo, quase sempre é necessário algum tipo de emulação de hardware x86, virtualização ou outras soluções via software mais complexos.

A eficiência energética é particularmente importante em tarefas recorrentes por longos períodos.

Ainda assim, o ganho potencial de eficiência em tarefas mais básicas reduz o consumo de recursos, que podem ser tranquilamente direcionados para compensar o hardware mais especializado.

3. Melhor aproveitamento de bateria

Os processadores x86 trabalham com instruções mais complexas, exigindo mais etapas, ou ciclos computacionais, para executar uma tarefa. Como os chips ARM trabalham com instruções reduzidas em todas as execuções, e não apenas no acesso aos dados, ele também utiliza menos ciclos para executar as mesmas tarefas que processadores x86.

Esse fator também é importante para aumentar a duração de bateria, sendo talvez uma das maiores vantagens da arquitetura ARM em sistemas móveis. Com o mercado de notebooks crescendo cada vez mais, a autonomia de bateria passa a ser um item bastante importante na escolha de qual PC comprar, pensando principalmente na produtividade.

Trabalhar com menos instruções exige apenas um ciclo computacional para cada execução.

4. Menos geração de calor

Por fim, a diferença que é, possivelmente, a maior vantagem da arquitetura ARM é uma consequência direta de todas as anteriores. Utilizar mais etapas para realizar operações de forma menos eficiente exige mais tempo de operação para executar cada função.

Em paralelo, uma arquitetura mais complexa implica em mais pontos de resistência para correntes elétricas, e quanto maior a resistência, maior a perda de energia em forma de calor. Como os processadores ARM otimizam todos esses quesitos, eles fatalmente aquecem muito menos.

ARM é o futuro da computação?

Um dos maiores limitadores para a evolução dos computadores é, justamente, o projeto térmico, configurando uma barreira física de até onde os componentes podem ser estressados. Chips que aquecem menos aumentam a escalabilidade de processadores por permitir voltar a subir tensões, representando ganhos potenciais em frequência e desempenho.

Entretanto, ao que tudo indica, a indústria está optando por outra solução antes de considerar uma ampla adoção dos chips ARM. Intel e AMD estão investindo em NPUs em seus novos produtos, utilizando o poder da IA para aumentar ao máximo a eficiência energética, mas essa estratégia depende de soluções baratas e acessíveis de software.

Considerando a complexidade de se programar em alto-nível utilizando chips ARM, otimizar as NPUs para trabalhar em paralelo com essa arquitetura parece pouco prático. Dessa forma, até é possível que eles sejam o futuro da computação, mas o movimento recente de transformar IA em componente básico de produtos domésticos deve garantir mais alguns anos de segurança para os chips x86, simplesmente por serem mais fáceis de programar.

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