สถาปัตยกรรม ARM คืออะไร ? และ Windows 11 ARM คืออะไร ?

สถาปัตยกรรม ARM คืออะไร ? และ Windows 11 ARM คืออะไร ?

ในโลกของคอมพิวเตอร์นั้น ชิปประมวลผล (Processor Chip) ที่เราใช้งานกัน ส่วนใหญ่จะถูกพัฒนาขึ้นบนสถาปัตยกรรม x86 (x86 Architecture) แต่ในปัจจุบันนี้กระแสคอมพิวเตอร์ที่ใช้ สถาปัตยกรรม ARM (ARM Architecture) นั้นมาแรงมาก เพราะหลังจากที่ Apple ได้พัฒนาชิป M1 ขึ้นมาใช้ในเครื่อง MacBook ที่มีประสิทธิภาพสูงไม่ต่างจากการใช้ชิปสถาปัตยกรรม x86 แต่ว่าประหยัดพลังงานกว่ามาก ทำให้ MacBook สามารถใช้งานทั้งวันได้อย่างสบาย ๆ แถมยังเหลือแบตเตอรี่ไว้ใช้งานต่ออีกวันด้วยซ้ำ

และนอกจากนี้แล้ว ความเจ๋งของชิป M1 ทำให้หลายคนตั้งคำถามว่า แล้วฝั่ง Windows จะมีคอมพิวเตอร์ที่ใช้ชิป ARM บ้างไหม ? ซึ่งนั่นก็เป็นที่มาของ ระบบปฏิบัติการ Windows 11 ARM

ระบบปฏิบัติการ Windows 11 ARM คืออะไร ? แตกต่างไปจาก Windows เวอร์ชันอื่น ๆ ตรงไหน บทความนี้จะพาคุณผู้อ่านไปรู้จักกับมันให้มากขึ้น

สถาปัตยกรรม ARM คืออะไร ?
(What is ARM Architecture ?)

ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจกันก่อนว่า สถาปัตยกรรม ARM คืออะไร ? แตกต่างจากสถาปัตยกรรม x86 ตรงไหน ?

หากพูดถึง หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ตัวแรกของโลกนั้นพัฒนาขึ้นมาโดยบริษัท Intel ในโครงสร้างการทำงานของตัวชิป จะมีชุดคำสั่งถูกบรรจุเอาไว้ เพื่อใช้ในการประมวลผลคำสั่งต่าง ๆ เรียกว่า "Complex Instruction Set Computing (CISC)" โดยคำนี้ถูกสร้างขึ้นมาหลังจากที่ชิปแบบ "Reduced Instruction Set Computing (RISC)" ได้เริ่มเข้าสู่ตลาด

ในปี ค.ศ. 1981 (พ.ศ. 2524) เป็นปีที่ทาง IBM ได้เปิดตัวคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer หรือ PC) ออกมา โดยใช้ CPU แบบ 16 บิต รุ่น Intel 8088 ซึ่งเมื่อเทียบกับ CPU แบบ 8 บิต รุ่นก่อนหน้านี้อย่าง MOS Technology 6502 มันจัดว่า มีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าหลายเท่า เรียกได้ว่าการมาของ Intel 8088 ได้เปลี่ยนแปลงตลาดของคอมพิวเตอร์ให้เข้าสู่ยุคใหม่ จากอุปกรณ์เฉพาะทาง กลายเป็นอุปกรณ์ที่คนทั่วไปก็สามารถใช้ประโยชน์ได้ มันกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำธุรกิจ รวมถึงตลาดเกมคอมพิวเตอร์ก็เริ่มต้นในยุคนี้เช่นกัน

ตอนนั้น บริษัท Acorn Computers ก็พยายามมองหาช่องว่างในตลาด แล้วเชื่อว่า CPU ในท้องตลาดมีราคาที่แพงเกินไป แถมยังห่วยแตกอีกด้วย โดยมีเหตุผลว่า มันก็แค่ทำงานเร็วกกว่า CPU รุ่นก่อนนิดหน่อย แถมยังต้องมีชิปตัวอื่นมาช่วยสนับสนุนการทำงาน ทำให้ราคาโดยรวมของคอมพิวเตอร์นั้นแพงโดยใช่เหตุ

หลังจากผ่านการค้นคว้า และวิจัยก็ออกมาเป็น CPU ที่สามารถประมวลผลได้โดยไม่ต้องพึ่งพาชิปสนับสนุนเหมือนกับ CPU ของ Intel และเพื่อเพิ่มความเร็วในการทำงาน ชุดคำสั่งประมวลผลก็ถูกตัดออกไปให้เหลือเฉพาะที่จำเป็น เป็นสาเหตุให้เรียกว่าสถาปัตยกรรมแบบ RISC 

บริษัท Acorn Computers ได้ตั้งชื่อ CPU ของตนเองว่า "Acorn RISC Machine" แต่ภายหลังก็ถูกเปลี่ยนเป็น "Advanced RISC Machine" หรือเรียกโดยย่อว่า "ARM" มาจนถึงปัจจุบันนี้

จุดเด่นของ ARM คือมันสามารถประมวลผลได้เร็วกว่า CISC โดยที่ใช้พลังงานน้อยกว่า และเมื่อใช้พลังงานต่ำ ก็แปลว่ามันจะมี ความร้อน เกิดขึ้นน้อยกว่าตามไปด้วย

ข้อมูลเพิ่มเติม : CPU ร้อน หรือ ความร้อนขณะที่ CPU ทำงาน เกิดขึ้นได้อย่างไร ?

แต่อย่างไรก็ตาม มันก็ไม่ได้หมายความว่า CPU แบบ ARM นั้นดีกว่า CPU แบบ x86 ของ Intel นะ มันขึ้นอยู่กับสถานการณ์ และการนำไปใช้งานมากกว่า

ที่ผ่านมา ระบบคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ยังเลือกใช้สถาปัตยกรรม x86 ที่เป็น CISC ของ Intel (ตอนนี้มี AMD มาเป็นคู่แข่งด้วย) เนื่องจาก โดยรวมแล้วชิป ARM ยังมีประสิทธิภาพในการทำงานต่ำอยู่ แต่ถึงอย่างไรก็ตาม การมาของสมาร์ทโฟน และแท็บเล็ต ทำให้การพัฒนาชิป ARM เติบโตอย่างก้าวกระโดด อย่างรวดเร็ว จนในที่สุด ก็เริ่มมีคอมพิวเตอร์ที่หันมาใช้ CPU สถาปัตยกรรม ARM ถูกผลิตขึ้นมา ซึ่งเอาจริง ๆ Apple ไม่ใช่ผู้เล่นรายแรกในท้องตลาด

ปัญหาของคอมพิวเตอร์ที่ใช้ สถาปัตยกรรม ARM
(Problems with computers using ARM Architecture)

หลายคนอาจจะคิดว่า Apple เป็นผู้ผลิตรายแรกที่เปลี่ยนมาใช้ CPU แบบ ARM ในระบบคอมพิวเตอร์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว มันมีมาก่อนหน้านี้นานมากแล้ว

ขอยกตัวอย่าง ในปี ค.ศ. 2012 (พ.ศ. 2555) ทางบริษัท Samsung ได้เปิดตัว Chromebook (โน้ตบุ๊กที่ใช้ระบบปฏิบัติการ Chrome OS) ที่ใช้ชิป Exynos 5 Dual processor ในการทำงาน และในปีเดียวกันทางฝั่ง Microsoft ก็มีระบบปฏิบัติการ Windows RT อย่างเป็นทางการซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการ Windows 8 ที่พัฒนาบนสถาปัตยกรรม ARM แบบ 32 บิต (ARMv7) โดย RT ย่อมาจากคำว่า "Runtime" ซึ่ง Microsoft ออกแบบมาให้เป็นระบบปฏิบัติการสำหรับใช้งานบนอุปกรณ์พกพาโดยเฉพาะ

อย่างไรก็ตาม ที่ผ่านมาคอมพิวเตอร์ที่ใช้ชิป ARM ในการทำงานกลับไม่ค่อยประสบความสำเร็จมากนัก แม้แต่ใน 
Surface Pro X ซึ่งเป็นแท็บเล็ตรุ่นล่าสุดของ Microsoft ที่ใช้ชิป รุ่น SQ1 ที่เป็นชิปสถาปัตยกรรม ARM แบบคัสตอมที่ทาง Qualcomm ผลิตให้ ก็ยังคงมีปัญหาในการทำงานอยู่ดี

ปัญหาหลักของคอมพิวเตอร์ที่ใช้ชิป ARM นั้นไม่ใช่เรื่องฮาร์ดแวร์ แต่เป็นซอฟต์แวร์

ในด้านประสิทธิภาพการทำงานแล้ว สิ่งที่เราทำได้บนสมาร์ทโฟนอย่างการเล่นเว็บ, ทำเอกสาร, เล่นเกม ฯลฯ เราก็จะรู้สึกว่ามันก็ทำได้ดีนี่ ซึ่งสมาร์ทโฟนในยุคนี้ก็มีประสิทธิภาพ ไม่ต่างไปจากคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่ง แสดงว่าชิป ARM ในปัจจุบันนี้ ก็มีประสิทธิภาพแรงพอที่จะรับมือกับงานต่าง ๆ ได้แล้วนี่นา

ปัญหาคือ เวลาเราใช้งานคอมพิวเตอร์ เราไม่ได้ใช้งานแค่นั้น เราทำงานบน ซอฟต์แวร์บุคคลที่สาม (3^rd-Party Software) คอมพิวเตอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM หากผู้ใช้ใช้งานซอฟต์แวร์ที่มีอยู่แล้วในตัวระบบปฏิบัติการ มันก็ไม่มีปัญหาอะไร เพราะทางผู้พัฒนาเขาได้เขียนโค้ดมาใหม่ให้รองรับกับชุดคำสั่งแบบ RISC ในชิป ARM ไว้ให้เรียบร้อยแล้ว แต่ซอฟต์แวร์บุคคลที่สาม ที่เดิมทีถูกเขียนขึ้นมาให้ทำงานกับ x86 ซึ่งเป็น CPU แบบ CISC นั้นจะเปิดใช้งานไม่ได้เลย

วิธีแก้ปัญหาก็มีอยู่ 2 ทาง คือ

1. รอผู้พัฒนาบุคคลที่สาม ทำซอฟต์แวร์เวอร์ชัน ARM ออกมา ซึ่งก็ไม่รู้ว่าเขาจะยอมทำหรือเปล่า ? เพราะมันไม่ใช่เรื่องง่าย หากมองว่าผู้ใช้น้อย ไม่คุ้มต่อการลงทุน เขาก็อาจจะไม่ยอมทำเลยก็ได้
2. ทำเครื่องมือจำลอง (Emulator) ขึ้นมา เพื่อแปลงโค้ดให้ซอฟต์แวร์ x86 สามารถทำงานบน ARM ได้

หากเป็นซอฟต์แวร์ดังที่คนใช้งานกันเยอะ อย่าง ซอฟต์แวร์ตระกูล Adobe คุณก็ไม่ต้องกังวลเลย เพราะผู้พัฒนาพร้อมที่จะทำให้ซอฟต์แวร์เวอร์ชัน ARM ออกมาให้ใช้งานอยู่แล้ว แต่กับซอฟต์แวร์อื่น ๆ นี่คุณก็ต้องมาลุ้นกันเองเอง ซึ่งในขณะนี้ก็ยังมีอยู่น้อยมาก และพวกเกมก็ไม่ต้องพูดถึง แทบไม่มีเลย (ถึงมีก็ไม่น่าจะรันไหวอยู่ดี)

Windows 11 ARM คืออะไร ?
(What is Windows 11 ARM ?)

เหตุผลที่ Apple M1 ได้รับการยอมรับจากผู้ใช้อย่างรวดเร็ว นั่นก็เพราะว่า ทาง Apple ไม่ได้เปิดตัวแค่ MacBook ที่ใช้ชิป ARM เพียงอย่างเดียว แต่มันมาพร้อมกับ "macOS Big Sur" ด้วย มันเป็นระบบปฏิบัติการที่ทาง Apple ออกแบบให้สามารถใช้งานได้กับซอฟต์แวร์ที่เป็น x86 และ ARM ได้แบบ Native

โดยซอฟต์แวร์ที่พัฒนาบน x86 สามารถแปลงมาทำงานบน ARM ได้ผ่าน Rosetta 2 (Dynamic binary translator) ซึ่งทำได้ดีมากซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่สามารถทำงานได้โดยไม่พบปัญหา แถมมันยังสามารถติดตั้งแอปพลิเคชันจาก iOS และ iPadOS ได้โดยที่ผู้พัฒนาแอปพลิเคชัน ไม่ต้องทำการปรับปรุงโค้ดเลยแม้แต่นิดเดียว นั่นทำให้การที่ Apple เปลี่ยนมาใช้ชิป ARM นั้น ไม่เกิดปัญหาเรื่องการทำงานของซอฟต์แวร์ 3^rd-Party มากเท่ากับที่ระบบปฏิบัติการ Windows เป็น

Windows 11 ARM ถูกพัฒนาขึ้นมาโดยคำนึงถึงปัญหาดังกล่าว

ตอนที่เป็น Windows 10 ARM นั้น มันมีอีมูเลเตอร์ที่ช่วยให้สามารถใช้งานซอฟต์แวร์ x86 ได้ แต่ใน Windows 11 ARM ทาง Microsoft ได้ปรับปรุงให้มันสามารถใช้งานได้ทั้งซอฟต์แวร์ x86 และ x64 ช่วยลดปัญหาด้านความเข้ากันได้ของซอฟต์แวร์บนคอมพิวเตอร์ที่ใช้ชิป ARM ได้เป็นอย่างดี

ข้อมูลเพิ่มเติม : ทำไม Windows 32 บิต ถึงเรียก x86 แต่ Windows 64 บิต เรียก x64 ?

สำหรับผู้ใช้งานแล้ว ระบบปฏิบัติการ Windows 11 และ Windows 11 ARM ไม่มีความแตกต่างกันเลย นอกจากเรื่องฮาร์ดแวร์ที่ชิปประมวลผลเป็นคนละสถาปัตยกรรม ทาง Microsoft ได้เพิ่มคุณสมบัติที่เรียกว่า Arm64EC เข้ามาใน Windows 11 ARM หน้าที่ของมันก็เหมือนกับ Rosetta 2 ของ Apple ที่ทำให้ผู้ใช้สามารถติดตั้ง และใช้งานซอฟต์แวร์ x86 และ x64 บน ARM ได้แบบ Native

และแน่นอนว่า ระบบปฏิบัติการ Windows 11 ARM ก็สามารถติดตั้งแอปพลิเคชันที่พัฒนาด้วย C/C++ Win32, Classic .NET Framework, Modern .NET, WinForms/WPF, MAUI ฯลฯ หรือแม้แต่แอปพลิเคชันที่พัฒนาด้วย Java, Python, node ฯลฯ ได้ด้วยเช่นกัน

ทั้งนี้ ระบบปฏิบัติการ Windows 11 ARM ไม่มีวางจำหน่ายตามปกตินะ ทาง Microsoft ขายไลเซนส์แบบ OEM ให้กับผู้ผลิตโดยตรงเท่านั้น เช่น Microsoft Surface Pro X, Lenovo ThinkPad X13s, Samsung Galaxy Book Go, HP Elite Folio 2-in-1 เป็นต้น

Windows 11 ARM เหมาะสำหรับใคร ?
(Who should use Windows 11 ARM ?)

ในความเห็นของผู้เขียนแล้ว Windows 11 ARM นั้นมีจุดแข็งที่ชิป ARM ซึ่งเป็นชิปที่ประหยัดพลังงานเป็นอย่างมาก ทำให้สามารถใช้งานต่อเนื่องได้นานกว่าชิป CISC มาก ในอดีตมันเป็นตัวเลือกที่ไม่น่าสนใจ เพราะมีปัญหาด้านซอฟต์แวร์เป็นอย่างมาก ใครที่เคยใช้ Windows RT มาก่อนน่าจะเข้าใจจุดอ่อนนี้ดี แต่ในระบบปฏิบัติการ Windows 11 ARM มันได้รับการแก้ไขให้สามารถติดตั้งซอฟต์แวร์ได้ตามปกติแล้ว

สำหรับการใช้งานทั่วไประบบปฏิบัติการ Windows 11 ARM จึงน่าจะตอบโจทย์ได้เป็นอย่างดี แต่อย่างไรก็ตาม ก็ต้องดูด้านการใช้งานด้วย อย่างถ้าคุณชอบเล่นเกม แม้คุณจะสามารถติดตั้งเกมได้ มันก็อาจจะเล่นได้ไม่สมบูรณ์ หรือต่อให้เล่นได้ ชิป ARM ในปัจจุบันนี้ ก็ยังไม่สามารถรับมือกับกราฟิก 3D ในเกมระดับ AAA ได้ไหว