ARM-Prozessoren: Jetzt wollen sie Intel Konkurrenz machen

Wie auch in der x86-Welt gibt es bei ARM-Prozessoren erhebliche Unterschiede: Um einen ARM-Prozessor einordnen zu können, sollte man sich zunächst mit der Namensgebung vertraut machen. Oft werden Bezeichnungen wie ARM6 und ARMv6 verwechselt. Beides bedeutet etwas völlig anderes.

Steht zwischen ARM und Versionsnummer ein kleines "v", bedeutet das, dass der Prozessor bestimmte Befehle unterstützt. In etwa lässt sich das mit den Befehlssatzerweiterungen bei x86-Prozessoren vergleichen. In der x86-Welt nennt man die Features eines Prozessors in der Regel einzeln, beispielsweise dass ein bestimmtes Modell SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE 4.1 sowie VT-x mit EPT unterstützt.

Die ARM-Terminologie ist einfacher: v6 bedeutet, dass die CPU ein Mindestmaß an Befehlssatz-Features aufweisen muss. Dazu gehören unter anderem Jazelle DBX (Java), NEON, VFP und Thumb. Wenn eine ARM-CPU weitere Befehlssätze enthält, bekommt die Featurebezeichnung weitere Zeichen. So bedeutet ARMv6T2, dass neben dem Thumb-Befehlssatz auch Thumb-2-Instruktionen unterstützt werden.

Ein Name ohne "v", etwa ARM6, steht hingegen für eine bestimmte Architektur, vergleichbar mit 80486, Pentium III oder Core2. Der erste ARM-Prozessor war der ARM1. Es folgten Modellnamen bis einschließlich ARM11, der etwa im Original-iPhone und im iPhone 3G genutzt wurde. Danach wurde die Nomenklatur geändert. Auf den ARM11 folgten die ARM-Cortex-Kerne.

Dabei unterscheidet ARM zwischen Cortex-A (Applikationsprozessoren), Cortex-M (CPUs für Microcontroller) und Cortex-R (Real-Time-Anwendungen). Durch die Bezeichnungen A, M und R darf man sich nicht verwirren lassen. Die A-Modelle sind die schnellsten Prozessoren mit 600 MHz bis 2 GHz. Es folgen die R-Modelle mit Geschwindigkeiten um die 500 MHz. Schlusslicht bilden die M-Modelle mit 100 bis 200 MHz. Jede Cortex-Architektur hat ihre Berechtigung. Für eine Kaffeemaschine reicht ein stromsparendes M-Modell.

Alle Cortex-basierenden Prozessoren unterstützen derzeit einen ARMv7-Befehlssatz. Allerdings werden die Befehlssätze wie die Cores selbst in ARMv7-A, ARMv7-R und ARMv7-M unterschieden. So fehlt dem ARMv7-M-Befehlssatz der Cortex-M-Modelle beispielsweise Floating-Point-Unterstützung.

In High-End-Geräten wie Smartphones und Tablets kommen ausschließlich die Cortex-A-Modelle zum Einsatz. Derzeit verfügbar sind Cortex-A5 und Cortex-A8. Cortex-A9-CPUs erscheinen noch dieses Jahr. Endgeräte sind Anfang 2011 zu erwarten. Ende nächsten Jahres sollen Cortex-A15-Modelle herauskommen.

Der Cortex-A5-Kern wurde kaum produziert. Aktuelle Handys und Tablets setzen meist CPUs mit Cortex-A8-Kernen ein. Auch der Apple A4 im iPhone 4 und im iPad basiert auf einem Cortex-A8-Kern.

ARM produziert seine CPUs nicht selbst. Es liefert lediglich das Chip-Layout als Intellectual Property (IP core)  für den CPU-Kern an Partner wie Texas Instruments, Samsung, Apple oder Qualcomm, die dann auf dieser Basis Prozessoren herstellen oder herstellen lassen. Nicht immer verwenden die Lizenznehmer das Original-Layout von ARM. Oft nehmen sie Verbesserungen vor.

Ein bekanntes Beispiel dafür sind die aktuellen Snapdragon-Prozessoren von Qualcomm mit Scorpion-Kern, wie sie HTC im Desire und im Nexus One verwendet. Sie basieren zwar auf dem Cortex-A8-Kern, haben aber eine tiefere Pipeline und können bei SIMD-Befehlen 128 Bit gleichzeitig verarbeiten. Ein Cortex-A8 schafft nur 64 Bit. Außerdem werden auch Floating-Point-Befehle in der Pipeline verarbeitet, die beim Cortex-A8 ausgenommen sind.

Diese Unterschiede in der Architektur lassen sich deutlich messen. ZDNet hat umfangreiche Benchmarks mit 1-GHz-Smartphones durchgeführt und erhebliche Performanceunterschiede festgestellt.