De rol van ARM-gebaseerde SBC-apparaten vs. X86-gebaseerde apparaten en markttrends in 2023

Volgens GPT4 werd de wereldwijde ARM-gebaseerde processormarkt vanaf 2021 gewaardeerd op ongeveer $17,7 miljard, waarbij IoT-apparaten een aanzienlijk deel van de markt voor hun rekening nemen.

Intel en andere op x86 gebaseerde apparaten domineren nog steeds de markt, de overeenkomstige marktomvang was (uiteraard) veel groter in 2021.

Onthoud dat oorspronkelijk, mainframes (zoals het IBM System/360) waren een groot deel van de markt. Momenteel is de x86-markt groter dan de mainframemarkt - maar er was een tijd dat het andersom was!

x86 heeft zich gevestigd door een unieke combinatie van de keuze van IBM voor deze specifieke architectuur voor zijn IBM PC, en de marktdominantie die Microsoft DOS (MS-DOS) en vervolgens Microsoft Windows konden opbouwen.

Historisch gezien is Windows geport naar andere CPU's. Microsoft heeft herhaaldelijk geprobeerd versies aan te bieden die ook op de ARM-architectuur zouden draaien - maar die (in het verleden) de oude x86-toepassingen niet zouden ondersteunen. Niet verrassend verwachten klanten bepaalde dingen van Windows - zoals de mogelijkheid om Microsoft Word te draaien op de overeenkomstige computers.

Vandaag de dag zijn we in het tijdperk van single board computing. De populairste SBC op de planeet is de Raspberry Pi, en die draait niet (echt) Microsoft Windows, althans niet de x86-compatibele versie.

Ook hier probeerde Microsoft het en creëerde een Windows-versie met de naam Microsoft Windows IoT.

Er zijn single board computers die Microsoft Windows draaien, omdat ze op x86 gebaseerd zijn (bijvoorbeeld de LattePanda), maar dat maakt niet zoveel uit. Daarom is de Raspberry Pi, die op ARM is gebaseerd, de populairste SBC!

Laten we enkele redenen hiervoor onderzoeken

Voordelen/nadelen van ARM vs. x86

Historisch gezien is x86 agressief gepromoot door Intel - waarvan het bedrijfsmodel gebaseerd is (of moeten we zeggen was?) op technologisch leiderschap.

In ruil daarvoor zou Intel kunnen eisen premium prijzenalthans op de duurdere producten.

x86 voordelen

• hoge prestaties (hoewel dat begint af te brokkelen)
• volledige compatibiliteit met Microsoft Windows

AMD, de runner up (die zijn grote doorbraak kende als tweede bron voor x86-gebaseerde producten omdat het leger een tweede bron nodig had, als ik het me goed herinner!

Uiteindelijk waren de prestatieniveaus die het x86-platform bereikte aanzienlijk hoger dan veel toepassingen vereisten.

Gespecialiseerde hardware nam verwerkingsfuncties over die niet efficiënt op de processor konden worden uitgevoerd.

Als we bijvoorbeeld kijken naar de Coral AI-hardwareversneller (die wij toevallig distribueren), zal deze sneller en energie-efficiënter werken en een lagere totale BOM hebben in samenwerking met een Raspberry Pi, in tegenstelling tot een x86-gebaseerd krachtig systeem dat hetzelfde neurale netwerk-visiemodel zou kunnen draaien op zijn CPU.

ARM is een veel gefragmenteerder ecosysteem, maar met ARM als licentiegever van de architectuur die een zekere interoperabiliteit garandeert.

ARM produceert geen chips (voor de massamarkt). In plaats daarvan licenseert het zijn ontwerpen aan bedrijven als Broadcom (die bijvoorbeeld de SoC van de Raspberry Pi heeft ontworpen), of Rockchip - dat bijvoorbeeld in RockPi, of Tinkerboard SBC's wordt gebruikt.

Meer licentiehouders betekent meer concurrentie (in tegenstelling tot Intel die de markt gewoon "gegijzeld" houdt als zij de toonaangevende prestaties en merknaam willen).

Terzijde: veel van deze chipfabrikanten zijn niet echt bekende namen - in ieder geval niet zo gevestigd als Intel. Ik bedoel, welke eindgebruiker interesseert het nu echt of er een Broadcom-chip of een chip van de concurrent in zijn router zit? Dat was echt een slimme marketing zet van Intel destijds (Intel inside) - maar ik dwaal af.

ARM biedt kort gezegd de volgende voordelen:

• lagere kosten onderdelen
• zeer efficiënt energieverbruik
• kan worden gekoeld passief in vele toepassingen (geen ventilator nodig) - geluidloze ontwerpen mogelijk!
• bedrijven kunnen naar believen andere IP's combineren in hun SoC's (Rockchip gebruikt bijvoorbeeld Mali GPU's - ook van ARM, en Broadcom gebruikt de VideoCore GPU, die zelf is ontworpen) - bij mijn weten zijn er geen x86-licenties waarmee je dat kunt doen, dus krijg je in principe wat er wordt aangeboden door Intel, ARM, enz. - in principe is er geen licentie voor het IP, je moet de eigenlijke chips kopen.
• Daardoor kunnen deze bedrijven hun hardware echt richten op specifieke toepassingen (en betere prestaties krijgen tegen lagere kosten!).

Zo zijn er op SBC's vaak specifieke videocodecs uitgevoerd als hardwarecircuits waarmee de populairste videocodecs kunnen worden gedecodeerd (om die YouTube-kattenvideo's af te spelen).

ARM is nu zover gevorderd dat sommige ontwerpen die erop zijn gebaseerd tot producten met een hogere snelheid leiden dan hun Intel/x86-tegenhangers. Apple heeft dat bijvoorbeeld aangetoond met de M2 architectuur. Het past goed in de bedrijfsopzet van Apple, die gericht is op een hechte integratie van de software en de onderliggende hardware.

Dit is trouwens de reden waarom Apple de overstap naar ARM heeft weten te maken - zij beheersen het besturingssysteem, de hardware en het SoC-ontwerp - en hebben ervoor gezorgd dat hun oude toepassingen nog steeds met acceptabele snelheden op de nieuwe hardware kunnen draaien!

Microsoft kan dit niet, omdat zij een andere bedrijfsopzet hebben. Zij zijn afhankelijk van vele bedrijven, bijvoorbeeld ASUS, om PC's te maken. Zij laten deze pc-fabrikanten onderling concurreren en zo het volume van de markt bepalen - terwijl zij met hun software zorgen voor interoperabiliteit op dit pc-platform. Om over te stappen op ARM zouden zij een groot aantal van deze fabrikanten moeten orkestreren, EN zij zouden een interoperabiliteitslaag moeten bouwen, om oudere software te ondersteunen. Aangezien ze niet weten op welke CPU ze uiteindelijk zullen draaien, kunnen ze de markt niet consequent beloven dat de oude software op aanvaardbare snelheden zal draaien. (OK, dit is te simpel, maar ze zouden de fabrikanten aan boord moeten krijgen van een nieuwe strategie om over te schakelen op ARM, enz.)

Doelmarkt van de SBC's vs. desktop PC's / servers

Single board computers worden vaak gebruikt in industriële toepassingen (als zogenaamde embedded hardware devices), of door liefhebbers/knutselaars, en ook in het onderwijs.

Op Microsoft Windows gebaseerde computers (en bij uitbreiding het x86-platform dat nauw verbonden is met dit besturingssysteem!) worden gebruikt in kantooropstellingen, en werden gebruikt als thuiscomputers. Mensen zijn gewoontedieren, ze raken gewend aan een besturingssysteem. Ik zou bijvoorbeeld niet overwegen om Linux te gebruiken als mijn belangrijkste desktop-systeem (bovendien is daar gewoon te veel keuze!), omdat ik Windows gebruik, en vertrouw op enkele toepassingen die ik ken en al jaren gebruik (b.v. de Adobe suite).

Op mijn smartphone heb ik echter een op Android gebaseerd systeem. De smartphone was een complete reboot van de ecosystemen, en de ARM CPU kon zijn grote voordeel, namelijk zeer energiezuinig, uitspelen. Mensen vonden het aanvankelijk prima dat een mobiele telefoon minder goed presteerde. Tegenwoordig zijn sommige van deze smartphones krachtiger dan de desktop computers die de mensen hebben. Het voordeel van Windows software deed er niet toe, omdat deze smartphones toch volledig nieuwe apps nodig hadden. Ik bedoel, niemand ontwierp bijvoorbeeld een computer met GPS. Of met multitouch interfaces - de Windows PC's gebruikten een klassiek muis klik-en-punt systeem, en waren meestal stationair.

Zie je waar ik naartoe wil?

De Windows PC/x86-architectuur heeft een zekere niche (zij het een zeer grote), waarin het bestaat in de geest van klanten. Dit is voor bureaubladtoepassingen (de andere grote mededinger is Apple met MacBooks bijvoorbeeld, en in toenemende mate Chromebooks). Het wordt gebruikt voor kantoorwerk, bijvoorbeeld om bestellingen voor Raspberry Pis door ons te verwerken.

Het is ook nog steeds relevant in high-end servers, hoewel ARM-gebaseerde ontwerpen ook daarheen zijn gegaan - vanwege de energie-efficiëntie en de kosten, ARM past uiteindelijk ook beter in het datacenter.

Op andere gebieden spelen andere factoren een rol.

Embedded ontwerpen, bijvoorbeeld geldautomaten, werden in het verleden ook met Windows gebouwd - misschien hebt u wel eens die bluescreens op geldautomaten gezien, of digital signage-installaties in de stad.

Het is niet nodig om Windows te gebruiken op deze apparaten. Linux is vaak een betere en gemakkelijker te beheren keuze, en kostenefficiënter om op te starten. Er zijn geen licentiekosten verbonden aan Linux-installaties. Linux staat bekend als een veiliger besturingssysteem. Linux, ten slotte, zet u niet zo vast in het x86-platform als Windows.

Op deze gespecialiseerde toestellen zijn uw bureaubladtoepassingen, zoals Word, Excel, enz. helemaal niet van belang. Ze worden vaak ingezet met gespecialiseerde toepassingen voor het weergeven van video's, interactie met de klant, of om te laten zien op welke verdieping je bent (in een lift).

(sidenote: om te laten zien op welk niveau je bent in de lift, is zelfs Linux overkill. Een eenvoudige microcontroller voldoet prima! Bekijk dit gebied voor nog eenvoudiger apparaten die geen echt volwaardig besturingssysteem meer draaien)

Bij embedded apparaten - en dit is een enorm gebied waar SBC's worden verkocht - zijn de kosten van belang. Heel veel. Energie-efficiëntie is belangrijk. x86 ontwerpen hebben betere koeling nodig (vanwege de slechtere energie-efficiëntie), wat vaak betekent dat je bijvoorbeeld een ventilator moet toevoegen ...

De softwareframeworks om toepassingen te bouwen zijn sterk veranderd, veel toepassingen kunnen tegenwoordig gemakkelijk worden gemaakt voor x86 of ARM, bijvoorbeeld met behulp van het Qt-framework, of webtechnologieën.

Een nieuwe generatie ingenieurs is opgegroeid met ontwikkelen in node.js, JavaScript, en zij geven niet zoveel om de onderliggende hardware-architectuur.

kosten: Windows bundeling

kosten: ARM vs. x86, marktfragmentatie, concurrentie, verschillend licentiemodel

RISC V