Mobil chip gyártók: az alapvető építőelemek

Noha érvelhet azzal, hogy az asztali és a notebook processzorok piaca az utóbbi időben meglehetősen korlátozott és kiszámíthatóvá vált, a mobiltelefonok és a tabletta alkalmazások processzorainak piaca továbbra is rendkívül élénk piac, több mint tucat versenytárssal. Ezek a processzorok meglehetősen gyorsan mozognak, és a tavalyi nagy új szolgáltatás - a négymagos alkalmazásprocesszorok - az idén megszokottá váltak.

Követtem, hogy a feldolgozók miként vezetnek, és hogyan fejlődjenek az elkövetkező év során. A következő néhány hozzászólásban írok az egyes processzorokról, de kezdjük azzal, hogy megvizsgáljuk az alkatrészeket, amelyek belemennek a chipekbe.

Az alapvető építőelemek

Minden mobil processzor magában foglalja a CPU-magokat és a grafikus magokat is; amelyek legtöbbje tartalmaz bizonyos csatlakozási lehetőségeket és / vagy alapsávú hardvert a mobilhálózathoz való csatlakozáshoz. (Még akkor is, amikor a telefonok külön csatlakoztatási RF-chipet igényelnek a kapcsolatokhoz, valamint külön csatlakozási chipet igényelnek például a Wi-Fi és a Bluetooth számára.)

Ennek egyik oka, hogy annyira nagy a verseny a mobil térben, hogy a telefonok és táblagépek processzorainak túlnyomó többsége az ARM architektúra bizonyos ismétlésein épül, akár magokkal, amelyeket az ARM Holdings maga tervez, vagy egyéni magokkal, amelyeket egy "építészeti engedély", ideértve a Qualcomm-et (a "Krait" maggal) és az Apple-t a mobil térben.

Természetesen vannak versengő architektúrák. Az Intel megpróbálja megnyugtatni az asztali számítógépekben és noteszgépekben annyira népszerű x86 architektúrát, és az Imagination Technologies rendelkezik a közelmúltban megszerzett MIPS architektúrájával is (erről később). Ennek ellenére az ARM valóban uralja a mobil CPU-magok piacát.

A grafika valamivel változatosabb. A legismertebb harmadik fél grafikai IP-szolgáltatója az Imagination Technologies. A Power VR családot sokféle processzorban használják, beleértve az Intel és az Apple processzorait is. Az ARM versenyben áll a Mali grafikus mag családjával és számos chipmaker készíti saját grafikáját, köztük a Qualcomm az Adreno grafikával és az Nvidia a GeForce grafikával.

ARM magok mindenhol

Az ARM valójában számos különféle magot készít, kezdve az apró kis magoktól, amelyeket mindenféle eszközben használnak, a Cortex sorozatig, amelyet jellemzően a mobil processzorok látnak. Még itt is sokféle választás található, a Cortex-A9-től (amelyet a mai telefonok többségében használnak) az új, erősebb Cortex-A15-ig és az apró, energiahatékony Cortex-A7-ig.

A Cortex-A9 az utóbbi néhány évben a legtöbb gyártó által gyártott alkalmazásmag középpontjában áll, bár ebben az évben sok alkalmazásprocesszor-gyártó új terveket tervez. Sokan a Cortex-A15-en alapulnak, amelyet a nagyobb teljesítmény érdekében terveztek, és / vagy a Cortex-A7-en alapulnak, amelyet kevesebb energiafelhasználásra terveztek. Az A15 40 bites fizikai címterülettel rendelkezik, bár az egyes szálak csak 32 biteshez férhetnek hozzá, és új architektúrát kínál, amelynek erősebbnek kell lennie. A Broadcom, az Nvidia, a Samsung, az ST-Ericsson és a Texas Instruments mind bejelentették ezt a magot használó processzorok terveit.

A Cortex-A7 érdekes, mivel azt lényegesen kevesebb energiára tervezték és lényegesen kisebbek, mint a Cortex-A9. Mint látható a fenti táblázatból, a Cortex-A7 28 nm-es megvalósítása apró lehet - kevesebb, mint négyzet milliméter -, és csak körülbelül egyharmadát használja fel a 40 nm-es Cortex-A9 teljesítményét. Noha ez megvalósításonként kicsit változhat, általában az A7 magok várhatóan kevesebb mint 100 milliwatt teljesítményt fogyasztanak, szemben az A9 200-300 milliwatt csúcsával, és az A15 500 milliwatt teljesítményével.

De az ARM legnagyobb tolása az, amit nagy.LITTLE architektúrának hív, amely összekapcsolja az A7-et és az A15-et. Egy ilyen kialakításban egy chipnek több magja lehet az egyes architektúrákban, ahol az alacsonyabb teljesítményű magok az idő nagy részében futnak, és a chip átkapcsol a nagyobb teljesítményű magokra, amikor kiegészítő teljesítményre van szükség, esetleg egy komplex számítás futtatása közben játék, vagy akár egy bonyolult JavaScript egy weboldalon.

A kombinált architektúra jelenlegi bejelentett engedélyesei között szerepel a CSR, a Fujitsu, a MediaTek, a Renesas Mobile és a Samsung Electronics. Az első bejelentés a Samsung Exynos 5 Octa volt, de úgy tűnik, hogy más gyártók, például a Renesas, már nagyon lemaradtak. A show-n az ARM bemutatta, hogy a big.LITTLE kombináció hogyan takaríthat meg energiát.

Az A15-et és az A7-t a Cortex-A57 és az A53 követi, amelyeket szintén összekapcsolnak egy nagy.LITTLE sémával, mivel az alacsony teljesítményű A53 az idő nagy részében fut, de az A57 akkor áll rendelkezésre, amikor több energiára van szükség. Noha ezek egyaránt 64 bites processzorok, kezdetben 32 bites operációs rendszerekkel fognak futni, amelyek nem tudnak 4GB-nál többet kezelni, ami a legtöbb körülmények között a 32 bites processzorok korlátja. (Ezek a magok a kiszolgálói piacra irányuló processzorokba is bejutnak, ahol nagyobb memória szükséges.)

De nem csak egy megközelítést látunk. Úgy tűnik, hogy minden processzor gyártója eltérő megközelítést alkalmaz a csúcskategóriás processzorokra. A Samsung és a Renesas négy A15-et és négy A7-et kínál. Az Nvidia négy teljes teljesítményű A15-et és egy alacsony teljesítményű magot nyom meg. A MediaTek és mások egyszerűen négy A7-et használnak. Az ST-Ericsson az A9 magokat népszerűsíti, de gyorsabban.

És akkor vannak olyan vállalatok, amelyek "építészeti engedélyekkel" rendelkeznek. Ezek alapvetően lehetővé teszik a cégek számára, hogy olyan magokat hozzanak létre, amelyek egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, de még mindig kompatibilisek az ARM architektúrával. Ennek az architektúrának - gyakorlatilag az utasításkészletnek - több változatai is voltak, az A9, A7 és A15 mindegyike az ARMv7 néven ismert. A közelgő A53 és A57 egy újabb változatot használ, amely támogatja a 64 bites számításokat, az ARMv8 néven ismert.

Számos vállalat építészeti engedéllyel rendelkezik. Talán a legismertebb a Qualcomm, amely a "Krait" magot a legtöbb jelenlegi processzorában használja (bár az A7-et alacsony szintű esetén használja). A Krait egy ARMv7-kompatibilis mag. A Marvell saját magját tervezi az Armada processzor sorozatában. Az Apple nem teszi közzé processzorainak legtöbb részletét, de azt gondolják, hogy saját magját tervezte az A6 és A6X processzorokhoz az iPhone és az iPad számára. Az első processzormag, amely ARMv8-kompatibilis, valószínűleg a kiszolgáló chipekben található, mint például az AppliedMicro X-Gene, de valószínű, hogy sok más olyan cég, amely ARM-kompatibilis magokat állít elő, követi példáját. Például az Nvidia bejelentette, hogy 2015-ben várhatóan létrehozza egy saját magját, a „Project Denver” nevű mobil processzor számára.

Az x86 és a MIPS alternatívái

Míg az ARM architektúra uralja a mobiltelefonokat és táblagépeket, vannak alternatívák. Az Intel az utóbbi időben egy sor termékkel és útitervvel készítette Atom-családjának mobil eszközökre irányuló legfrissebb zaját. A cég januárban a CES-ben bemutatta a Z2420 (kódnév: Lexington) nevű okostelefon-piac alacsony végére irányuló új processzort, a Mobile World Congress-en pedig bemutatta Clover Trail + platformját, amelyet a kétmagos / négy- szál Atom Z2580, legfeljebb 2 GHz frekvencián.

Miközben a cég egy ideje megjeleníti az Atom-alapú telefonokat, csak az elmúlt évben tették ilyen telefonok piacra. Az Intel szerint most már több mint 20 országban rendelkezik Atom chipje alapján 10 mobiltelefon-tervezettel, és olyan funkciókat tervez, mint a HDR kamera támogatása mozgás elmosódás nélkül. Az Intel jelenlegi Atom processzorait 32 nanométeres technológián készítik, de a vállalat azt tervezi, hogy az év végén átáll a 22 nm-es FinFET technológiára, amelyet a Core processzorokban használ. Az Intel természetesen régóta uralja a notebook szegmenst, és ebben az évben is haladt az Atom- és Core-alapú tablettákkal és az átalakítókkal. A részleteket megvitatom, amikor a következő üzenetben megkeresem az egyes processzorgyártókat.

Az Intel tradicionális riválisa az x86 processzoroknál, az AMD szintén részt vett a Mobile World Congress konferencián, bemutatva a Temash-ot, a Windows operációs rendszerű tablettákra és hibridekre irányuló jövőbeli processzorát. Ez mind kétmagos, mind négymagos verzióban elérhető lesz, és az AMD demonstrálta a demonstrációt arról, hogy mennyire haladta felül a meglévő Clover Trail platformot. Ez várhatóan 2013 első felében várható. AMD még nem rendelkezik telefonos platformon.

A másik CPU-architektúra, amelyet a mobileszközökben láttak, a MIPS-től származik, amelyet a közelmúltban az Imagination Technologies vásárolt meg. A MIPS az Aptiv processzormagcsaládjával három szintet kínál, köztük az Pro-Aptiv sorozatot, amely az alkalmazások processzorainak szól. A képzeletbeli tisztviselők megjegyzik, hogy a MIPS 20 éve értékesít 64 bites magokat, és azt állítják, hogy a társaság célja, hogy az összes processzormag 25 százalékát a következő négy-öt évben szállítsa. Jelenleg a MIPS processzorainak többsége olyan piacokra kerül, mint például a hálózatépítés, az infrastruktúra és a set-top boxok, de az Ingenic a mobil eszközök processzorait készíti el, és a vállalat azt várja, hogy nagyobb hangsúlyt kapjon ezen a területen. A MIPS a közelmúltban bejelentette az architektúra új verzióját, a V5-et, és várhatóan az első chipek láthatók ebben az évben később.

Grafika: Meglepő verseny

Ha az ARM dominál a mobil alkalmazásmagokban, akkor az Imagination Technologies a mobil grafikus magokban dominál, bár az egyre növekvő verseny előtt áll.

A képzelet manapság leginkább a PowerVR 5-ös sorozatán keresztül esik ide, ideértve az 5XT kiterjesztését is, amely bizonyos lehetőségeket kínál az OpenGL ES 3.0 képességeinek lehetővé tételéhez. Ma a csúcskategória az SGX 544MP4 - a "4" a grafikus magok számát jelzi. Számos vállalat támogatja a Képzelet grafikákat, köztük az Apple, az Intel, a MediaTek, az ST-Ericsson, az Ingenic, az Allwinner és a Texas Instruments. Bár az Apple általában nem erősíti meg, a jelenlegi iPad A6X processzorának négymagos PowerVR SGX 554MP4 grafikája van. (A képzelet ezt a Mobile World Congress standján mutatta ki.) A cég később megerősítette, hogy a Samsung Exynos 5410 Octa is használja ezeket a grafikákat.

A továbblépésben a cég népszerűsíti a PowerVR 6. sorozatát, amely natív módon támogatja a DirectX 10-et és az Open GL ES 3.0-t. Ezt egy és hat grafikus fürttel együtt kínálják, kezdve a G6100-tól a legfejlettebb 6630-ig. Az Imagination szerint 10 licenccel rendelkezik a VR6 grafika számára.

A képzelet egy különálló grafikus képességet is előidéz a PowerVR videó magja formájában, amely magában foglalja a videó dekódolását és kódolását. A társaság szerint engedélyesei több mint 500 millió embert szállítottak.

A licencképes grafikák között az Imagination legnagyobb versenytársa az ARM, amely Mali GPU-kat (grafikus feldolgozó egységeket) kínál. Az ARM szerint 75 engedéllyel rendelkezik erre a célra, és arra számít, hogy 2013-ban 240 millió processzor szállítja ezt a technológiát. Különösen a vállalat trombitázta, hogy a kombináció hogyan használható fel például a GPU számításhoz, a számítógépes fényképezés demonstrálásához, az arcfelismeréshez, és valós idejű játék.

A Mali családon belül több fokozat létezik, ideértve a Mali-400 és -450 családokat, amelyek elsősorban a tömegpiaci okostelefonokra irányulnak, a Mali-T600 család pedig inkább a csúcskategóriára irányul.

A Mali magokat használó vállalatok között a Samsung Electronics, a Leadcore, a MediaTek, a Spreadtrum, az ST-Ericsson, az AllWinner és a Rockchip. Ha észreveszi az átfedéseket a Képzelet listával, az azért van, mert egyes vállalatok különböző grafikákat használnak különböző processzorokban.

De a licencképes grafikus magok talán a legnagyobb versenytársak az egyedülálló grafika, amelyet sok alkalmazásprocesszor gyártó beépített. A Qualcomm valószínűleg a legsikeresebb, az Adreno grafikáját széles körben használva a Snapdragon processzorcsaládban. Ez különféle ízekben is megtalálható, attól függően, hogy melyik chipet szánják. Az Nvidia valószínűleg a legtöbbet tett a grafika mint differenciáló eszköz felhasználásával, beszélt a GeForce grafikájáról és arról, hogy miként ragadta meg a számítógépes játék örökségét és ezt alkalmazta a mobil processzorokra. A Broadcom-nak saját multimédia technológiája is ismert, VideoCore néven ismert.

A konkrét chip gyártókat részletesebben a következő bejegyzésemben tárgyalom.