Wie wint de strijd om de processorarchitectuur van de toekomst te zijn?Fabrikanten van mobiele apparaten kiezen in elk geval massaal voor ARM. Wat zijn de verschillen met de processoren van Intel?

De bekendste processorarchitectuur is x86 van Intel, maar dat is al enige tijd niet meer de populairste. In smartphones, tablets, kleinere computers als de Raspberry Pi en in apparatuur als routers wordt voornamelijk ARM gebruikt. ARM stond oorspronkelijk voor Acorn RISC Machine, tegenwoordig staat het voor Advanced RISC Machine. Het is een processorarchitectuur uit 1985. De ARM-architectuur wordt als licentie verkocht door het bedrijf ARM Holdings (waaraan het bedrijf nog steeds bakken met geld verdient).

Een belangrijk onderdeel van de ARM-architectuur is de RISC-instructieset. RISC staat voor ‘reduced instruction set computing’: een instructieset gericht op efficiëntie en energiezuinigheid. De nieuwste ARM-versie van deze instructieset is ARMv8.3-A uit 2016. Linux werkt op ARMv8 sinds 2012, hetzelfde geldt voor iOS en Android. Windows 10 heeft ook ondersteuning voor ARM. ARM-processors worden onder meer gemaakt door Apple, Nvidia, Qualcomm, Samsung en ARM zelf.

RISC en CISK

RISC staat zoals gezegd voor ‘reduced instruction set computing’. Er bestaat ook iets dat CISC heet: ‘complex instruction set computing’. CISC wordt gebruikt door onder andere Intel-processors. Het doel van CISC is om in zo min mogelijk instructies een operatie uit te voeren. Een processor ondersteunt een bepaald aantal instructies, bijvoorbeeld ADD om twee getallen op te tellen en LOAD. Stel we willen twee getallen vermenigvuldigen. Een processor met de CISC-architectuur heeft daar een speciale instructie voor: MULT. Deze instructie is geoptimaliseerd voor de processor. MULT is een complexe operatie en werkt daardoor dus niet op RISC.

RISC ondersteunt alleen operaties die in één klokcyclus uitgevoerd kunnen worden. Dat betekent als de programmeur wil vermenigvuldigen dat er meer stappen nodig zijn. Dat vereist meer regels code en meer geheugen. Het voordeel is dat de processor minder operaties hoeft te ondersteunen, dat resulteert in minder transistoren en dat leidt weer tot minder energieverbruik. Als een apparaat dan toch meer instructies nodig heeft, dan gebeurt dat vaak door middel van een coprocessor.

Legacy

Een nadeel van de x86-architectuur waar ARM-processors geen last van hebben, is legacy. Dat klinkt vreemd, want ARM bestaat al sinds 1985. Het komt omdat ARM gemaakt is door een enkele groep mensen, in tegenstelling tot x86 dat meer een compromisarchitectuur is van verschillende groepen. Daardoor zijn er regelmatig instructies toegevoegd aan x86, die misschien niet altijd nodig waren. Nuttige en minder nuttige instructies zijn bijvoorbeeld 57 instructies in 1997 voor versnellingen in multimedia, 70 instructies voor SSE om videoprestaties te verbeteren.

In 2003 voegde AMD instructies toe: 10 instructies om over te stappen op 64 bit (x86-64), maar 27 instructies mochten weg. Sinds 2000 zijn er elke paar jaar wel wat instructies aan toegevoegd. Dat resulteert in een chip die nu eenmaal niet zo klein en efficiënt gemaakt kan worden. Gemiddeld gezien is er sinds de geboorte van x86 in 1978 één instructie per maand aan toegevoegd.

Nu heeft Intel sinds de smartphone behoorlijk wat verbeteringen gemaakt en is de legacy een veel kleiner probleem geworden. Ook het effect van het verschil tussen RISC en CISC heeft Intel echter grotendeels weggewerkt en het is tegenwoordig bijna te verwaarlozen.

Voor en nadelen

Een fabrikant die een energiezuinigere processor wil maken, maakt een kleinere processor. Een kleinere processor verbruikt minder stroom, maar wordt wel warmer. Om dat hitteprobleem op te lossen, maakt de fabrikant de processor wat trager. Als we de ARM-processors vergelijken met Intel-processors, dan zien we dat de kloksnelheid van ARM veel lager is, vaak namelijk tussen de 1 en 2 GHz.

Een voordeel dat ARM heeft ten opzichte van x86 en Intel is de zogenoemde big.LITTLE-architectuur. In zo’n architectuur zijn een aantal kleinere en tragere processors gekoppeld aan een reeks krachtige en energievretende processors. Sinds 2011 heeft ARM deze architectuur, die onder andere wordt gebruikt in de Cortex A53 en A57 van ARM en ook in de A10-chip van Apple. Op de desktop en op andere apparaten waar accuduur geen rol speelt, heb je niet zo veel aan big.LITTLE.

Dan rijst de vraag: stel Intel dropt alle legacy, wat het bedrijf praktisch al gedaan heeft, waarom zijn er dan geen Intel-chips in smartphones en tablets? Daar is een aantal redenen voor. Intel Atom had het antwoord moeten zijn op ARM en de chip was in het begin erg succesvol in netbooks, maar Intel besteedde niet genoeg aandacht aan Atom. Chips voor smartphones en tablets hebben kleinere marges. Het kwam erop neer dat Intel ervoor zou moeten kiezen om Atom voorrang te geven op zijn andere chips, terwijl die hogere marges en winsten behaalden.

De eerste Intel Atom-SoC kwam overigens pas vijf jaar na de iPhone uit, tot dan toe waren er alleen Intel Atom-processors. Er moesten dus nog chips bij voor een modem, voor een touchscreencontroller en voor andere toepassingen. Intel Atom was enigszins competitief met de chips van Apple, Samsung en TMC, maar niet voor lang. De concurrentie is moordend: dankzij de ARM-licenties kunnen andere bedrijven met deze architectuur aan de slag en deze voor allerlei toepassingen geschikt maken. Uiteindelijk hakte Intel in april 2016 de knoop door en stopte het met Intel Atom-processors, na miljardeninvesteringen met als enig doel om ARM van de troon te stoten.

Verder mislukten Intels eerste stappen in apparaten met energiezuinige processors. In 2006 kwamen de eerste lichte laptops en ultrabooks uit, maar ze werden geleverd met Windows Vista en flopten. Voeg daar nog eens aan toe dat Intel in 2009 koos voor WiMAX in plaats van LTE en het plaatje is compleet. Qualcomm heeft daardoor een aanzienlijke voorsprong op LTE-modems voor mobiel. Intel heeft uiteindelijk in 2016 besloten om zelf ook ARM-processors te gaan maken.

Wanneer je je dekbed gewassen hebt, wil je dat het natuurlijk weer lekker dik en luchtig aanvoelt. Maar wanneer je hem gewoon in de droger gooit, kan de vulling gaan klonteren, zodat er dunne stukken en dikke stukken ontstaan. Dat slaapt niet echt lekker. Om dat te voorkomen, gooien veel mensen er een paar tennisballen bij. Helpt dat echt?

Wat tennisballen in de droger doen

Tijdens het drogen raken de tennisballen telkens het dekbed. Dat helpt vooral bij dons en veren. Als die nat zijn, blijven ze aan elkaar plakken en zakt de vulling in. Door de constante beweging vallen die samengepakte delen weer uiteen, waardoor de vulling zich opnieuw verspreidt. Zo kan de warme lucht overal beter bij en droogt het dekbed gelijkmatiger. De droogtijd wordt er niet korter van, maar het dekbed komt wel duidelijk voller uit de droger.

Hoeveel tennisballen zijn genoeg?

Met één tennisbal in de wasdroger merk je vaak weinig, zeker bij een groot dekbed. Die verdwijnt al snel in de stof en heeft dan weinig effect. Met twee tot vier ballen werkt het beter, omdat ze het dekbed op meerdere plekken tegelijk in beweging houden. Zolang de ballen vrij kunnen bewegen en niet vast blijven zitten in de vulling, doen ze hun werk.

Kun je elke tennisbal gebruiken bij het drogen van een dekbed in de droger?

iet elke tennisbal is even geschikt. Vooral nieuwe of felgekleurde ballen kunnen bij hogere temperaturen kleur afgeven en kleine pluisjes verliezen van de vilten buitenlaag. Dat komt niet vaak voor, maar het risico is wel aanwezig. Gebruik je oudere tennisballen, dan is de kans hierop kleiner. Wil je dat verder beperken, dan kun je de ballen in een oude witte sok stoppen en die dichtknopen. Het effect blijft grotendeels hetzelfde, al is het iets minder uitgesproken dan met losse ballen.

Geef het dekbed genoeg ruimte in de droger

Tennisballen helpen alleen als het dekbed voldoende ruimte heeft om te bewegen. Is de trommel te vol, dan draait alles als één geheel rond en gebeurt er weinig. Wil je grote tweepersoonsdekbedden drogen, dan heb je een droger met een ruime trommel nodig. Heb je die niet zelf? Kijk dan of er een wasserette bij je in de buurt is. Meer ruimte zorgt voor meer beweging en daarmee voor een beter eindresultaat.

Niet elk dekbed kan in de droger

Tennisballen hebben vooral effect bij dons- en verendekbedden. Bij synthetische vulling is dat verschil kleiner en kan de constante beweging van de ballen de vulling na verloop van tijd zelfs vervormen. Wol, zijde en andere natuurlijke materialen mogen meestal helemaal niet in de droger. Check daarom altijd eerst het waslabel voordat je het dekbed in de trommel legt.

Even tussendoor opschudden helpt

Haal het dekbed halverwege het programma even uit de droger en schud het los, alsof je het bed opmaakt. Leg het daarna omgedraaid terug in de trommel. Zo verdeelt de vulling zich opnieuw en kan het dekbed gelijkmatiger drogen.

Wat kun je van het eindresultaat verwachten?

Tennis- of drogerballen zijn vooral een hulpmiddel, geen vervanging voor de juiste drooginstellingen. Droog het dekbed niet te vaak of te heet: kies een lage of middelhoge temperatuur en selecteer een speciaal dons- of beddengoedprogramma als dat op je droger zit. Zorg ook voor voldoende ruimte in de trommel. Als je dan ook nog eens ballen laat meedraaien, heb je er alles aan gedaan om te zorgen dat je dekbed weer lekker vol uit de droger komt!

Waarom start een computer met een SSD binnen enkele seconden op, terwijl een oude harde schijf blijft ratelen? Het vervangen van een HDD door een SSD is de beste upgrade voor een trage laptop of pc. We leggen in dit artikel uit waar die enorme snelheidswinst vandaan komt en wat het fundamentele verschil is tussen deze twee opslagtechnieken.

Iedereen die zijn computer of laptop een tweede leven wil geven, krijgt vaak hetzelfde advies: vervang de oude harde schijf door een SSD. De snelheidswinst is direct merkbaar bij het opstarten en het openen van programma's. Maar waar komt dat enorme verschil in prestaties vandaan? Het antwoord ligt in de fundamentele technologie die schuilgaat onder de behuizing van deze opslagmedia.

De vertraging van mechanische onderdelen

Om te begrijpen waarom een Solid State Drive (SSD) zo snel is, moeten we eerst kijken naar de beperkingen van de traditionele harde schijf (HDD). Een HDD werkt met magnetische roterende platen. Dat kun je vergelijken met een geavanceerde platenspeler. Wanneer je een bestand opent, moet een fysieke lees- en schrijfkop zich naar de juiste plek op de draaiende schijf verplaatsen om de data op te halen. Dat fysieke proces kost tijd, wat we latentie noemen. Hoe meer de data op de schijf verspreid staat, hoe vaker de kop heen en weer moet bewegen en wachten tot de juiste sector onder de naald doordraait. Dit mechanische aspect is de grootste vertragende factor in traditionele opslag.

©Claudio Divizia

Flashgeheugen en directe gegevensoverdracht

Een SSD rekent definitief af met deze wachttijden omdat er geen bewegende onderdelen in de behuizing zitten. De naam 'Solid State' verwijst hier ook naar; het is een vast medium zonder rammelende componenten. In plaats van magnetische platen gebruikt een SSD zogenoemd NAND-flashgeheugen. Dat is vergelijkbaar met de technologie in een usb-stick, maar dan veel sneller en betrouwbaarder. Omdat de data op microchips wordt opgeslagen, is de toegang tot bestanden volledig elektronisch. Er hoeft geen schijf op toeren te komen en er hoeft geen arm te bewegen. De controller van de SSD stuurt simpelweg een elektrisch signaal naar het juiste adres op de chip en de data is direct beschikbaar.

Toegangstijd en willekeurige leesacties

Hoewel de maximale doorvoersnelheid van grote bestanden bij een SSD indrukwekkend is, zit de echte winst voor de consument in de toegangstijd. Een besturingssysteem zoals Windows of macOS is constant bezig met het lezen en schrijven van duizenden kleine systeembestandjes. Een harde schijf heeft daar enorm veel moeite mee, omdat de leeskop als een bezetene heen en weer moet schieten. Een SSD kan deze willekeurige lees- en schrijfopdrachten (random read/write) nagenoeg gelijktijdig verwerken met een verwaarloosbare vertraging. Dat is de reden waarom een pc met een SSD binnen enkele seconden opstart, terwijl een computer met een HDD daar soms minuten over doet.

©KanyaphatStudio

Van SATA naar NVMe-snelheden

Tot slot speelt de aansluiting een rol in de snelheidsontwikkeling. De eerste generaties SSD's gebruikten nog de SATA-aansluiting, die oorspronkelijk was ontworpen voor harde schijven. Hoewel dat al een flinke verbetering was, liepen snelle SSD's tegen de grens van deze aansluiting aan. Moderne computers maken daarom gebruik van het NVMe-protocol via een M.2-aansluiting. Deze technologie communiceert rechtstreeks via de snelle PCIe-banen van het moederbord, waardoor de vertragende tussenstappen van de oude SATA-standaard worden overgeslagen. Hierdoor zijn snelheden mogelijk die vele malen hoger liggen dan bij de traditionele harde schijf.