پردازنده‌ی Cortex-M7 برای مصارف توکار، ابزارهای پوشیدنی و اینترنت اشیا

 خوشبختانه برخلاف هسته‌های پردازشی سری A آرم که از زمان معرفی تا عرضه آن‌ها فاصله‌ی بسیاری وجود دارد، هسته‌های سری R و M این کمپانی همزمان با معرفی، برای سفارش نیز در دسترس قرار گرفته‌اند. بر همین مبنا، آرم برای مدتی مشغول همکاری نزدیک با شرکای تامین‌کننده‌ی نیمه‌هادی‌ها بوده که به موجب آن محصولات کاملا ترکیب شده‌ی آن‌ها نیز بزودی رونمایی خواهد شد.

در صورتی که با پردازنده‌های سری R و M آرم آشنایی ندارید چندان جای تعجب نیست. این میکروکنترولر به آن میزان که به پردازنده‌های کاربردی سری A نظیر A7, A9, A15, A53 و A57 توجه می‌شود تحت پوشش رسانه‌ای و تبلیغاتی قرار نمی‌گیرند. با اندکی مراجعه به حافظه‌مان به یاد خواهیم آورد که برای مدت‌ها تنها تولیدات اینتل و AMD در زمینه‌ی پردازنده‌ها توجه افراد را به خود جلب می‌کرد؛ اما ظهور گوشی‌های هوشمند و موج به راه افتاده در دنباله‌ی آن مشخص ساخت که مرکز توجه آینده به چیپ‌های آرم تعلق دارد. اکنون نیز احتمالا با وضعیت مشابهی روبرو هستیم و تصور می‌شود نسل بعدی مصارف پردازشی از سوی پردازنده‌هایی ارائه خواهد شد که حتی در خصوص آن‌ها اطلاعات چندانی نیز در اختیار نداریم.

از نظر بنیادی، پردازنده‌های سری M بعنوان میکروکنترولر شناخته می‌شوند و پردازنده‌های نرم‌افزار به حساب نمی‌آیند که دلیل اصلی این مساله، فقدان واحد مدیریت حافظه (MMU) در این پردازنده‌ها است. نقش اصلی MMU این است که میان پردازنده و حافظه بنشیند، تمام ارجاع‌ها به حافظه را مورد بررسی قرار داده و به اجرای ترجمه میان آدرس‌های مجازی و آدرس‌های فیزیکی بپردازد. سیستم‌عامل‌هایی با اهداف کاربردی عمومی نظیر لینوکس (اندروید)، ویندوز، OS X و iOS برای عملکرد صحیح خود نیاز مبرم به واحد مدیریت حافظه MMU دارند. این مساله بدین معناست که پردازنده‌های سری M همچون تمام میکروکنترولرهای دیگر (MCUها) هیچ‌گاه برای اجرای سیستم‌عامل‌هایی با اهداف مصارف عمومی به کار بسته نخواهند شد.

همه گیر شدن میکروکنترولرها (MCU) هم‌اکنون نیز در حال رخ دادن است. معاون ارشد بخش بازاریابی پردازنده‌های شرکت آرم می‌گوید که یک دستگاه مجهز به یک پردازنده از سری A یا R همچنین می‌تواند شامل مجموعه‌ای از پردازنده‌ها از سری Cortex-M باشد که هر یک وظیفه‌ی اجرای عملیاتی خاص را برای بهبود سطح زندگی کاربر بر عهده داشته باشند. این مسئول از مثال زدن نمونه‌های عینی چنین حالتی خودداری کرده و این کار را بر عهده‌ی مشتریان آرم گذاشته تا با تولید دستگاه‌های خود در عمل خلاقیت قابل انتظار از این وضعیت را به کار گیرند. در هر حال هر چیزی از ترموستات‌های هوشمند و ساعت‌های هوشمند ساده نظیر پبل گرفته تا واحدهای مدیریت نیروی IC همگی بوسیله‌ی میکروکنترولرهای کم‌مصرف به فعالیت می‌پردازند.

حتی ویژگی‌هایی که در دستگاه‌های موبایل قدرتمند امروزی شاهدش هستیم و استفاده از آن‌ها بر روی گوشی هوشمند را از لذت‌های زندگی می‌یابیم نظیر Lumia Glance Screen مایکروسافت و SensorCore، یا Moto Voice و Moto Display موتورولا و Motion Coprocessor آیفون نیز توسط پردازنده‌های نرم‌افزار بزرگ و پرمصرف اصلی دستگاه هدایت نمی‌شوند و در عوض توسط همین MCUها اجرا می‌شوند.

 با نگاهی به مسیر حرکت آرم در طی ۵ سال گذشته، به سادگی می‌توان موفقیت و شکوه امروزی این شرکت را در ارتباط با تب داغ گوشی‌های هوشمند دانست که ابتدا با معرفی آیفون اول آغاز شد که به پردازنده‌ی ARM11 مجهز بود. پس از آن، در آیفون 3GS شاهد ارتقا پردازنده به دستاورد جدید آرم در آن زمان یعنی Cortex-A8 بودیم و سپس آیفون 4s از Cortex-A9 بهره برد. پس از آن بود که گوگل نیز به واسطه‌ی سیستم‌عامل اندروید به همین بازار هجوم آورد و برای آغاز، پشتیبانی از پردازنده‌های مبتنی بر معماری ARM11 به بعد کمپانی آرم را در دستور کار قرار داد. اگرچه اوج‌گیری سریع آرم احتمالا با ARM11 آغاز شد اما در حقیقت این نتیجه‌ی سال‌ها تلاش دشوار برای ایجاد یک نتیجه‌ی قابل اتکا و زیرساختی قوی برای مشتریان و تولیدکنندگان بود. در حقیقت همانطور که از نام اولین پردازنده‌ی کاربردی آرم در آیفون نیز بر می‌آید، ۱۱ هسته‌ی پردازشی پیش از ARM11 عرضه شد که در این مسیر شاهد ۶ بازنگری در مجموعه ساختار این هسته‌ها بودیم.

حال جالب است بدانید که آرم سرمایه‌گذاری بر روی خط تولید سری Cortex-M پردازنده‌های خود را از سال 2004 میلادی یعنی ۱۰ سال پیش آغاز نموده که در همین راستا در آن زمان Cortex-M3 را معرفی کرد. برای یک دهه، آرم با سری M خود در حال نبرد با میکروکنترولرهای 8 و 16 بیتی بوده است. اکنون آرم با عرضه‌ی M7 احساس می‌کند که خط تولید میکروکنترولر خود را به درجه‌ی مورد نیاز از کمال رسانده و وقت آن رسیده تا بالاخره در جهان خارج تاثیرگذاری اصلی خود را آغاز کند. این رقابت همچنان ادامه خواهد داشت اما با فروش بیش از 8 میلیارد (بله میلیارد!) پردازنده تا به امروز که حداقل به یک هسته‌ی Cortex-M مجهز بوده‌اند، پردازنده‌های سری M از تمام هسته‌های دیگر آرم بصورت روی هم رفته آمار بیشتری دارد. تنها در نیمه‌ی اول همین امسال، شرکای آرم 1.7 میلیارد واحد  Cortex-M عرضه کرده‌اند که البته منظورمان از واحد، یک چیپ است که حداقل از یک هسته‌ی Cortex-M برخوردار باشد.

آرم با معرفی پردازنده‌ی M7 خود، در پاسخ به تقاضای بازار برای کنترل قدرتمند صوت، سنسورها، نمایشگر و دیگر موارد از این دست، عضو جدیدی را با بازدهی عملکرد بالاتر و قابلیت‌ها و خصوصیات غنی‌تر به خانواده‌ی Cortex-M افزوده است. پردازنده‌های خانواده‌ی M آرم در ترکیب با سایر هسته‌های تولید شده توسط این شرکت می‌توانند چیپ‌های بهینه‌ای ایجاد کنند که هر یک از وظایف ویژه نظیر مدیریت سنسورها، اطلاع دستگاه از محیط و... توسط یکی از هسته‌های کم‌مصرف و اختصاصی M مدیریت شود و در عین حال هسته‌های A تنها برای نیاز پردازشی اصلی دستگاه به کار گرفته شوند. البته این نمونه یکی از حالت‌های به کار گیری این پردازنده‌ها است و در ابزارهای پوشیدنی و سیستم‌های اینترنت اشیا و خانه‌ی هوشمند می‌توان انتظار طیف وسیع‌تری از مصارف هسته‌های سری M بصورت تکی یا در ترکیب با هسته‌های سری A و R را داشت.

می‌بینیم که امروزه بسیاری از تجهیزات اینترنت اشیا و نیز ابزارهای پوشیدنی به اجبار از هسته‌های پردازش نرم‌افزاری نظیر سری A که سطح مصرف نیروی بسیار بالاتری در مقایسه با سری M دارند بهره می‌گیرند. این مساله در تلاش کمپانی‌ها برای رساندن هرچه سریع‌تر محصولات خود به بازار رخ داده و اگرچه طراحی سیستم‌های مجهز به MCUها در کنار پردازنده‌های نرم‌افزاری تا حدودی دشوارتر است اما منافع حاصل از آن غیرقابل چشم‌پوشی است. با توسعه و بلوغ هرچه بیشتر ابزارهای پوشیدنی و اینترنت اشیا، نگاه خود را به تکنولوژی زیرساختی آینده برای پشتیبانی از این دستگاه‌ها خواهیم دوخت و امیدوار خواهیم بود که طی سال آینده شاهد تغییرات انقلابی و با ارزشی در این حیطه باشیم.