Fünf Jahre „Windows on ARM“

Die meisten Menschen verbinden Microsoft Windows mit Prozessoren der Firma Intel, manchmal wird sogar von „Wintel“ gesprochen, um die über Jahre enge Verbindung des Betriebssystems zu den Prozessoren darzustellen. Natürlich soll auch AMD nicht vergessen werden. Deren AMD64-Erweiterungen zu den klassischen Intel x86 Befehlen und die damit gebauten Prozessoren sind heute das, was wir allgemein als typische 64-bit Prozessoren im PC-Umfeld ansehen.

Prozessor-Architekturen können nicht einfach Programme ausführen, die für eine fremde Architektur entwickelt wurden. Ein Betriebssystem, welches auf anderen Prozessor-Architekturen funktionieren soll, muss dementsprechend dafür angepasst und der Quellcode neu übersetzt werden. Je systemnäher eine Software arbeitet, desto mehr Anpassungsaufwand ist notwendig.

Mit der Windows 10 Version 1709 von vor fünf Jahren brachte Microsoft ein Windows 10 mit Unterstützung für CPUs mit ARM-Architektur heraus.
ARM ist kein Hersteller von Prozessoren, sondern entwickelt Designs von Prozessor- und Grafikkernen. Diese Designs werden an Hersteller lizensiert, die die Prozessoren dann in der von ihnen gewünschten Zusammenstellung selbst fertigen. Die meisten Hersteller von ARM-basierenden Chips arbeiten so, z.B. Qualcomm, Samsung oder Nvidia.

Alternativ kann man bei ARM auch eine komplette Entwickler-Lizenz ordern und dann auf Basis der ARM-Designs die Komponenten selbst weiterentwickeln. Ein aktuelles Beispiel dafür ist Apple. Deren M1 und M2 Chips basieren zwar auf Designs von ARM, nutzen aber nicht die fertigen Rechen- und Grafikkerne von ARM.

Ein wenig Geschichte

Obwohl Windows immer mit der x86-Architektur verbunden wurde, gab es auch schon vor 2017 immer wieder Windows-Versionen, die auf anderen Architekturen liefen. Windows PDAs und Handys liefen mit Windows CE und Windows Phone auf verschiedenen ARM, MIPS und RISC Architekturen. Das „große“ Windows selbst auch auf DEC Alpha und PowerPC, teils nur in Server-Versionen. Auch Intels glücklose IA-64 (Itanium) Plattform hatte ihre eigene Windows-Version. Dabei waren ebenfalls wieder Server das Ziel. Durchgesetzt hat sich beim PC allerdings immer wieder die x86-Architektur.

Im Jahr 2012 gab es dann die erste Annäherung eines für den typischen Normalnutzer gedachten Windows an die ARM-Plattform. Das erste Surface Tablet mit Windows RT wurde präsentiert. Windows RT wurde die für 32-bit ARM CPUs gedachte Windows 8 Version genannt. Die Tablets basierten auf einem ARM32 Design mit Nvidia Tegra Chip und waren, anders als ihre „Surface Pro“ Geschwister, in Sachen Hardwareausstattung eher limitiert.

Eine weitere, große Limitierung gab es allerdings, die das Projekt am Ende scheitern ließ: Windows RT konnte nur Apps aus Microsofts Store installieren. Und das nur, wenn sie dort auch als 32-bit ARM Version vorlagen. Nachdem Microsoft damals im Store keine anderen Browser-Engines zuließ (ähnlich wie Apple es bis heute generell macht), war der Internet Explorer somit der einzig nutzbare Browser. Und nachdem Microsoft damals auch nur als App entwickelte Programme im Store zuließ und keine klassischen Programme, war die Software-Auswahl immer arg begrenzt. Opensource-Entwickler brachten zwar ein paar ARM32 Versionen bekannter Programme heraus, diese mussten aber durch Umgehung von Sicherheitsfunktionen und Store installiert werden. Alles in allem ein ziemlicher Flop.

Upgrades auf neuere Windows-Versionen sind technisch nicht möglich, auch wenn es Bastelprojekte mit Windows 10 Mobile Builds auf Surface RT Geräten gibt. Aber immerhin läuft der Support von Windows RT 8.1 mit Sicherheitsupdates noch bis Januar 2023. Auch wenn die Geräte mittlerweile quasi unbenutzbar sind, sind sie dabei immerhin sicher.

Windows on ARM

2017, beim nächsten Versuch mit „Windows on ARM“, wollte man dann alles besser machen. Und vieles davon wurde auch besser.
Windows 10 Version 1709 erschien als Home oder Pro Version für ARM-Systeme. Es gibt keine Beschränkung auf Apps aus dem Store, auch wenn viele Systeme mit Windows im „S-Mode“ mit Store-Beschränkung ausgeliefert werden, welche man allerdings beenden kann.

Qualcomm Snapdragon

Viel wichtiger: Microsoft hat eine Emulation eingebaut, mit der sich Programme laufen lassen können, die an sich für die x86-Architektur erstellt wurden. Damit sollten zumindest viele der gewohnten Programme laufen. Wenn auch in der Performance möglicherweise etwas eingeschränkt, denn eine Emulation kostet halt Leistung.
Bei Windows 10 beschränkte sich diese Emulation außerdem nur auf reine x86-Programme, d.h. ausschließlich auf 32-bit Software. 64-bit x86 Software funktioniert nicht. Eine entsprechende Erweiterung, um auch diese emulieren zu können, kam erst 2021 mit Windows 11. Damit laufen viele Programme, aber lange nicht alle.

Die Hardware

Unterstützt wurden und werden bisher ausschließlich Prozessoren des Herstellers Qualcomm. Dieser leitet die Chips bisher von seinen Chips für Smartphones ab. Die Versionen für Windows-Geräte bringen dann etwas höhere Taktraten, da sie sich einfacher als im kleinen Smartphone-Gehäuse kühlen lassen können.

Der erste Chip 2017 war der Qualcomm Snapdragon 835, eine etwas angepasste Version des Snapdragon 830.
Der Chip bietet acht Kerne ohne zusätzliche Techniken wie Hyperthreading. Werden all diese Kerne gleichzeitig genutzt, ist die Performance überraschend gut, allerdings ist ein einzelner Kern eher langsam. Software, die nur einen Kern nutzt, wirkt somit auf den Geräten ausgesprochen lahm.
4 bis 8 GB RAM sind möglich. Der Adreno Grafikkern unterstützt DirectX 12 und 4K Videoformate. Ein LTE-Modem ist integriert und ermöglicht damit auch mobilen Zugriff aufs Internet per SIM-Karte. All das ist in den Geräten passiv gekühlt, d.h. kein Lüfter stört.

Asus Novago TP370QL

Interessanterweise war Microsoft nicht zuerst mit einem eigenen Gerät vertreten, sondern überließ dies seinen OEM-Partnern, wie z.B. ASUS. Diese brachten Notebooks und Convertibles mit Snapdragon 835 und seinem Nachfolger 850 auf den Markt. Die erste Generation mit Snapdragon 835 hat dabei einen großen Nachteil: die CPU unterstützt keine Virtualisierungsfunktionen, die Microsoft aber mittlerweile für Windows 11 voraussetzt und ist daher nicht auf der Liste der kompatiblen CPUs fürs Windows-11-Upgrade.

https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/design/minimum/supported/windows-11-supported-qualcomm-processors

Später kam auch noch Samsung mit eigenen Notebooks dazu, die allerdings keine Samsung-eigene CPU verwendeten (mit den Exynos Chips ist Samsung ja selbst CPU-Entwickler), sondern ebenfalls Qualcomms Chips. Weitere CPU-Hersteller sind bisher nicht von Microsoft genannt worden.

Microsofts eigenes Surface Tablet auf ARM-Basis kam erst relativ spät dazu. Das Surface Pro X verwendet angeblich einen Microsoft-eigenen Chip namens SQ-1, welcher letztlich aber auch nur ein umgelabelter Qualcomm-Chip ist. Der im zweiten Modell verbaute SQ-2 ist zudem eine ziemliche Nullnummer, denn außer der Bezeichnung hat sich am Chip selbst wohl nichts wirklich geändert.

Die aktuellste Ausgabe ist der Qualcomm Snapdragon 8cx Gen 3. Dieser ist im Vergleich zu den alten Snapdragon Chips deutlich schneller, ziemlich effizient, kommt aber in Sachen Performance weiterhin nicht an Intel oder AMD heran. Und auch wenn man mit Apples Chips vergleicht, sieht es da weiterhin etwas dünn aus.

Die Software

Nach dem Erscheinen von Windows 10 für ARM tat sich zuerst einmal wenig in Sachen nativer Software, d.h. Software, die direkt für ARM64 Systeme kompiliert wurde. Auch Microsoft selbst zeigte sich zuerst nicht von seiner besten Seite. Selbst die mit Windows mitgelieferten Programme waren nicht allesamt ARM64-Versionen, sondern manches lief in der Emulation.

Selbst bei Windows 11 hat sich das noch nicht 100%ig geändert. Teils findet man dort in den Release-Notes für neue Preview-Versionen, dass nun auch einzelne weitere Tools nativ als ARM64-Version vorliegen.

Microsofts Entwicklungsumgebung Visual Studio konnte anfangs nicht ohne weiteres Software für ARM64 kompilieren. Und auch Projekte, wie der auf der Chromium Engine basierende Microsoft Edge Browser, kamen erst später für ARM64.

Mittlerweile hat sich die Situation ein wenig verbessert und z.B. Edge und Firefox sind als native ARM64-Versionen verfügbar. Um Google Chrome sollte man somit einen großen Bogen machen, da dieser nur in der Emulation läuft.

Windows 10 ARM Systeminfo

Einige Opensource-Programme wie Notepad++, Handbrake oder Microsofts Visual Studio Code sind nativ verfügbar. Auf andere wie z.B. den VLC Player muss man weiterhin warten.
Kommerzielle Anwendungen finden sich bei manchen Entwicklern, z.B. ist mittlerweile Adobe Photoshop als ARM64-Version verfügbar. Das Interesse bei vielen Entwicklern an Windows on ARM ist aber weiterhin eher flau.

Microsofts Office selbst läuft in einer speziellen Hybrid-Version. Die auf Windows 10 ARM installierte Office-Version ist an sich eine x86-Version, verwendet allerdings an einigen Stellen ARM-Befehle. Sie fühlt sich damit fast wie nativ an. Vorteil dieser Konstellation: jegliche Add-Ins für die Office-Programme müssen nicht erst für ARM64 neu kompiliert werden, sondern stehen in der Emulation als x86-Version bereit.

Mit Windows 11 on ARM hat man das Verfahren noch etwas verfeinert. Hier kommt eine Technik namens ARM64EC dazu, die es einfach ermöglichen soll, x64 Anwendungen auch für ARM64 zu optimieren.

https://learn.microsoft.com/en-us/windows/arm/arm64ec

Ich bin kein Entwickler und kann daher nicht beurteilen, wie interessant das Thema für Entwickler werden könnte.

In der Praxis

Die bisherigen Windows on ARM Geräte waren immer mit Einschränkungen verbunden. Neben der Emulation vieler Programme finden sich viele der Geräte in recht hohen Preisbereichen trotz eher geringer Leistung.

Das ASUS NovaGo TP370QL, eines der ersten Geräte auf dem deutschen Markt, startete in der Preisklasse von Notebooks mit Intels Core i5, welche in Sachen Performance und Kompatibilität locker Kreise um das ARM-Gerät rannten.

Viele der Geräte wurden 2017 nur mit 4 GB RAM verkauft. Das war damals schon arg knapp und ist es heute natürlich umso mehr. Wer heute eines der Geräte sucht, sollte auf jeden Fall eines mit mehr als 4 GB RAM wählen.
Samsung hat es leider geschafft, das 2021 veröffentlichte Galaxy Book Go ausschließlich in einer Version mit 4 GB RAM auf den Markt zu bringen. Unverständlich, auch wenn das Gerät als günstiger Einstieg dienen soll und aktuell eines der preiswertesten Windows on ARM Geräte ist.

Windows 10 ARM Taskmanager

Native Software läuft auch auf den Geräten der ersten Generation performant. Damit kommt dann auch einer der großen Vorteile der Plattform zu Tage: die Akkulaufzeit. Die meisten der Windows on ARM Geräte laufen locker zwei komplette Arbeitstage auf Akku.

Das ASUS Gerät spielt beispielsweise 22 Stunden Video ab. Allerdings kann die erste Generation noch kein HEVC in Hardware dekodieren. Man sollte also bei H.264 Inhalten bleiben, wenn man auf die 22 Stunden kommen möchte.

Treiber

Alle notwendigen Treiber für die Geräte kommen ausschließlich über Windows Update. Auch eventuelle Firmware-Updates werden darüber verteilt.

Leider ist Qualcomm recht faul, was die Pflege der Treiber für existierende Geräte angeht. Für die 2017 erschienenen ersten Geräte gab es 2018 noch mal ein Update des Grafiktreibers und seitdem nichts. Da insbesondere die Grafiktreiber nicht 100%ig stabil sind, ist das unbefriedigend.

Bei den Surface Pro X sieht die Sache besser aus. Hier macht Microsoft wohl entsprechend Druck bei Qualcomm – oder zahlt entsprechend mehr.

Für alle Geräte, die an ein Windows on ARM Gerät angeschlossen werden, braucht man entsprechende ARM64-Treiber, solange die Geräte nicht mit Standardtreibern von Windows funktionieren. Tastaturen, Mäuse oder Webcams sind somit kein Problem, aber bei einem Multifunktionsdrucker muss man vorab schauen, ob der Hersteller des Druckers entsprechende Treiber anbietet.

Im Zweifelsfall muss man die Hardware einfach mal anschließen und schauen, ob Windows Update passende Treiber ausspuckt. Bei vielen Komponenten ist das der Fall. So wurde z.B. hier ein USB-Dock mit DisplayLink Chipsatz ganz von alleine installiert. Auch der vorhandene HP Drucker druckt ohne Schwierigkeiten.

Je ausgefallener die Hardware, desto schwieriger dürfte es werden, ARM64-Treiber für Windows zu bekommen.

Windows-Installation und Recovery

Die Windows on ARM Geräte booten, anders als Android-Geräte, über ein normales UEFI. Es gibt allerdings kein typisches UEFI-Setup. Meist lässt sich durch das Drücken der Laustärke-Tasten beim Anschalten des Gerätes ein Boot von einem USB-Medium starten oder ein einfaches Einstellungsmenü öffnen.

Es gibt keine Windows-Installationsmedien für ARM64 bei Microsoft zum Download. Auch das Media-Creation-Tool oder sonstige Updater-Tools von Microsoft gibt es nicht für ARM64.

Zur Neuinstallation braucht man zwingend ein Wiederherstellungsmedium des Geräte-Herstellers.

Microsoft bietet für seine Surface Pro X Recovery-Medien zum Download an. Die anderen Hersteller machen das nicht unbedingt. Wer z.B. das schon öfter genannte ASUS-Gerät nutzt, hat keine Chance zur Neuinstallation, denn ASUS bietet keine entsprechenden Downloads an.

Man sollte sich also unbedingt vom laufenden Gerät aus ein Wiederherstellungsmedium über die entsprechenden Windows-Funktionen erstellen und weglegen. Ohne ist man im Ernstfall aufgeschmissen.

Die Zukunft

Aktuell erscheinen selten neue Geräte mit ARM CPU für Windows. Das Lenovo X13s wäre das einzige momentane Highlight in dieser Richtung. Lenovo packt Qualcomms neuste Snapdragon 8cx Gen 3 CPU in ein 13″ ThinkPad Gehäuse. Lüfterlos, mit Wifi 6E und 5G sowie den üblichen Business-Funktionen.

https://www.lenovo.com/de/de/laptops/thinkpad/x-series/ThinkPad-X13s-13-inch-Snapdragon/p/LEN101T0019

Microsoft selbst soll das nächste Surface Pro grundsätzlich mit der Auswahl zwischen Intel und Qualcomm CPU planen. Das ist aber bisher nur Gerüchteküche.

Aktuell sieht es nicht so aus, als würde Windows on ARM schnell wieder verschwinden. Es sieht allerdings auch nicht so aus, als würde es der große Erfolg werden, von dem insbesondere Qualcomm träumt.

Fazit

Windows läuft mittlerweile ganz selbstverständlich auf Geräten mit ARM-Architektur. Allerdings gibt es wenig Gründe, beim Kauf nun unbedingt auf ein solches zu setzen.

Wer ein lüfterloses Gerät mag, mit Microsoft Office, Edge-Browser und den vorhandenen nativen Programmen zurechtkommt sowie ein entsprechendes Gerät günstig bekommt, der kann zugreifen.

Wer mehr Leistung möchte und die komplette Bandbreite der für Windows verfügbaren Anwendungen nutzen will, der kommt an einem Gerät mit Intel- oder aktuell besser AMD-CPU nicht vorbei.

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