CPU Disruption ARM, M1, Exynos, Snapdragon vs. Desktop CPUs AMD/Intel

[Tekpoint]

Hallo liebe Gemeinde

Da ich ja nur Hobbymäßig für Technik interessiere, da nicht sowas studiert habe oder in diesen Bereich arbeite mal eine Frage, was mir nicht so schlüssig ist aktuelle bei den CPUs.
Warum sind die kleinen CPUs von Apple, Samsung und co. besonders in Smartphones mehr Power haben als Desktop-CPUs von Intel aka. i9 und AMD Ryzen9 etc. ?

Habe dazu dieses Video von Youtuber Horst Lüning gesehen die Tage erst. Aber werde da auch nicht schlauer warum genau diese CPUs mit weniger Fläche bei gleicher Strukturdichte etc. schneller sein trotzdem? Woran liegt es und kann es jemand mal einfacher genau erklären? Ist wirklich so das CPUs in Desktop bald verschwinden werden? Weil die sind doch größer und können mehr Leisten eigentlich oder?

Das Moore'sche Gesetz - RISC / CISC Disruption - Apple M1, ARM, Intel, AMD EPYC, Zen 3​

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Danke erste mal in Voraus schon

 

[Kenny [CH]]

Das ist zum grössten Teil in der Architekur der CPU Verschuldet. Also CISC vs RISC

cisc (complex instruction set computer): Unterstützt komplexe (low level) Befehle, z.B. ist es möglich mit einem Cisc chip (x86 x64) einen Value im Ram direkt zu bearbeiten. z.B. Im RAM block ist eine Zahl 2 und du willst diese +1 auf addieren. Mit Cisc kann man das gleich direkt im RAM machen - aber eine CISC Instruction kann in einem Tak abgeschlossen sein oder aber auch mehre Takts benötigen (Takt = Clocks)

risc (reduced instruction set computer): Die (low level) befehle in diesem Bereich sind reduced, du kannst idr nur eine operation per takt machen - beim beispiel von Oben, musst du erst das RAM auslesen und den Value in der CPU cache speichern. Dort die Addition +1 machen und den gecached wert wieder zurück in das RAM schreiben. Eine Instruction benötigt immer genau einen Takt.

Also für die eine Operation benötigtst du bei Cisc eine Instruction und 1-x Takts (je nach Instruction) und bei RISC mind. 3 Takts und 3 Instructions.
Jede Instruction (egal ob Cisc oder Risc) benötigt Hardware um diese auszuführen. Bei Risc sind nur eine Handvoll umgesetzt und werden nach belieben kombiniert. Bei Cisc sind diese Instruction und die nötige Hardware viel grösser/komplexer und das löst das Energie problem quasi aus.

Ich würde dir empfehlen, wenn dich das Thema interssiert mal zu Googeln - hier ein paar erste Startpunkte:
https://www.microcontrollertips.com/risc-vs-cisc-architectures-one-better/

https://www.guru99.com/risc-vs-cisc-differences.html

Ich hoffe du bist der Sprache Englisch mächtig, viele und auch gute Seiten zu diesem Thema sind in Englisch und deutsche pendate sind öffters mal unvollständig / ungenau.

 

[Tekpoint]

Danke für die Antwort, also ist die Architektur der Schlüssel dieser Leistungszunahme

Aber warum wendet Intel und AMD das nicht an bei ihren CPUs in Desktopbereich, dazu kommt ja das die mehr Platz auf den Chips haben für die Kerne und Cache etc. da müsste doch mehr Leistung zur Verfügung stehen und ein M1 sollte kein Ryzen9 schlagen können da besonders mit mehr Kernen.

Also mein Englisch ist leider nicht mehr da beste (15 Jahre aus der Schule und kaum gebraucht noch), müsste ich Google als Übersetzer dazu nutzen ^^

 

[tidus1979]

Zu der Frage findet man auch auf deutsch einiges im Internet. Man sollte aber auch nicht alles unhinterfragt schlucken, das Thema ist ziemlich kompliziert.

Beispiele für Analysen auf deutsch:
https://www.heise.de/hintergrund/Formel-M1-Warum-der-Apple-Chip-so-schnell-ist-5042516.html

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[schallundrauch]

Also Englisch ist mehr oder weniger leider Zwang heutzutage. Egal ob man mit Leuten zu tun hat (die meisten auf diesem Planeten sind leider keine Personen aus der DACH-Region) oder sich über irgendwas informieren möchte, sei es Zeitgeschehen oder auch Wissenschaft. Kann dir nur raten diese Lücke zuerst zu schließen.

Dabei ist es auch relativ egal ob man die Worte wie Loddar Maddäus ausspricht und die Grammatik schief ist. Hauptsache man kann sich verständigen und versteht die Basics.

 

[lokon]

Warum sind die kleinen CPUs von Apple, Samsung und co. besonders in Smartphones mehr Power haben als Desktop-CPUs von Intel aka. i9 und AMD Ryzen9 etc. ?

Ich würde dieser allgemeinen Aussage nicht zustimmen.

In der Praxis spielen bei Mobil-Prozessoren (Smartphones: Samsung Exynos, Mediatek, ... eigentlich alle ARM basiert) die thermischen Limits eine Rolle: 5W TDP der CPU dort - gegen ...15-45W Laptop CPUs, 65-200W TDP Desktop-CPUs sind bei vielen Benchmarks deutlich unterscheidbar.

Wenn sich die Daten "bewegen" geschieht dies wegen der Physik nicht "kostenlos" - es entsteht immer Wärme. Mehr Datenbewegung - mehr Wärme.

Der "Eindruck" von langsamen PCs entsteht vermutlich durch die Haltbarkeit von (Alt-)Rechnern und gleichzeitig den "Spezialchips" die auf Mobilplattformen vielleicht häufiger zum Einsatz kommen.

Beispiel: Das Handy kann 4K60fps UHD aufnehmen und wiedergeben - am Desktop ruckeln die Videos in Youtube in dieser Auflösung.
Ein Wald-Wiesen ARM Chip kann mit ~3Watt so ein Video dekodieren dank spezieller Hardwarebeschleunigung - also Hardwareblöcke und Spezialsoftware.
Die Bearbeitung von unkomprimiertem Video benötigt etwas mehr CPU und Peripherie Leistung.

Denn neben der Rechnerarchitektur (Hardware -> auf Youtube diverse Hochschul-Vorlesungen über dieses Thema) spielt auch die Softwarearchitektur (s.a. -> Youtube; Amdahls Law; Algorithmen: GTA Ladezeit) eine Rolle.
Bei Handys ist beides sehr optimiert und abgestimmt / festgelegt (Android CDD).

Ein "Handy" / "IoT" kann auch etwas ganz anderes als ein "Personal Computer" / PC sein - manchmal eher ein "Web-Anzeigegerät" - ein Handy hat zB nur eine USB-Schnittstelle - also 1 Gerät. Der Raspberry Pi zB hat 4 - normale PCs haben mehrer - und auch schnellere Schnittstellen (PCI-Express gab es bis vor kurzem noch nicht auf SBCs wie Raspi).

Der "Disruptions"-Effekt erfolgt bei IoT, SBC aber oft durch Spezial-Hardware und Spezial-Software.

Spätestens beim Service kann es dann Probleme geben, weil:

• die CPU oder einzelne Chips nicht bestellt werden können : die Raspberry Pi CPU ist nicht frei verkäuflich wie eine Intel/AMD CPU (!); Apple verbietet Herstellern den Verkauf von Spezialchips (in Apple Laptops zB)
• fehlende/andere CPU Features: dem Raspberry Pi fehlt Beschleunigung für Verschlüsselung
• Hardware/Software sind verbunden (Hardware-Beschleunigung) - "Industriestandards" müssen dafür frei bzw. günstig sein : Probleme mit Video-Kodierung /-lizenz bei HD/UHD und Streaming; Hersteller begrenzen Unterstützung auf "aktuelle" Betriebssysteme oder 2-3... Jahre : fehlende Android Updates, geschlossene Plattform (Apple iOS macOS), kein Gebrauchtmarkt durch fehlende Features / Hardwareschutz

Ergänzung:
Beim Zusammenspiel von Hard+Software sind die frühen Videospielkonsolen und "PCs" (C64,Amiga) auch stark optimiert und anders aufgebaut.

Ein "Benchmark" der Effizienz von Spieldauer - Speicherverbrauch könnte für moderne Titel vielleicht nicht positiv ausfallen.