Proizvođači mobilnih čipova: osnovni građevni blokovi

Iako možete tvrditi da je tržište procesora za stolna i prijenosna računala u posljednje vrijeme prilično ograničeno i predvidljivo, tržište aplikacijskih procesora za mobilne telefone i tablete i dalje je izuzetno živo tržište s više desetaka konkurenata. Ovi se procesori kreću prilično brzo, a prošlogodišnja velika nova značajka - četverojezgreni aplikacijski procesori - postala je uobičajena za ovu godinu.

Pratio sam kamo se vode procesori i kako bi se trebali razvijati tijekom naredne godine. U sljedećih nekoliko postova pisat ću o određenim procesorima, ali za početak ćemo pogledati komponente koje idu u čipove.

Osnovni građevni blokovi

Svi mobilni procesori uključuju i CPU jezgre i grafičke jezgre; većina sadrži neke značajke povezivanja i / ili osnovni hardver za povezivanje s mobilnom mrežom. (Čak i tada, obično telefoni zahtijevaju zaseban RF čip za veze, plus poseban čip za povezivanje za stvari poput Wi-Fi-ja i Bluetooth-a.)

Jedan od razloga zašto postoji velika konkurencija u mobilnom prostoru jest taj što je velika većina procesora za telefone i tablete izgrađena na nekoj iteraciji ARM arhitekture, bilo korištenjem jezgara koje ARM Holdings sam dizajnira, ili prilagođenih jezgara koje su izgrađene pomoću "arhitektonsku dozvolu", uključujući Qualcomm (s jezgrom "Krait") i Apple u mobilnom prostoru.

Naravno, postoje i konkurentske arhitekture. Intel pokušava gurnuti arhitekturu x86 koja je bila toliko popularna u stolnim i prijenosnim računalima, a Imagination Technologies ima i svoju nedavno stečenu MIPS arhitekturu (o tome više o tome kasnije). Ipak, ARM zaista dominira na tržištu mobilnih CPU jezgara.

Grafika je nešto raznovrsnija. Najpoznatiji pružatelj grafičkih usluga treće strane je Imagination Technologies. Njegova Power VR obitelj koristi se u širokom rasponu procesora, uključujući i one iz Intela i Applea. ARM se natječe sa svojom malom obitelji grafičkih jezgara i nekoliko proizvođača čipova kreira vlastite grafike, uključujući Qualcomm s Adreno grafikom i Nvidia s grafikom GeForce.

ARM jezgre svugdje

ARM zapravo čini nekoliko različitih jezgara, u rasponu od sitnih malih jezgara koje se koriste u svim vrstama uređaja, do Cortex-ove serije koja se obično vidi u mobilnim procesorima. Čak i ovdje postoje razni izbori u rasponu od Cortex-A9 (koji se koristi u većini današnjih telefona) do novog moćnijeg Cortex-A15 i malenog, energetski učinkovitog Cortex-A7.

Cortex-A9 je srce većine trećih aplikacijskih jezgara u posljednjih nekoliko godina, mada su ove godine mnogi proizvođači procesora aplikacija prešli na novi dizajn. Mnogi se temelje na Cortex-A15, dizajniranom za veće performanse, i / ili Cortex-A7, dizajniranom za manje energije. A15 ima 40-bitni prostor fizičkog adresa, iako pojedinim nitima može pristupiti samo 32-bitni, a nudi novu arhitekturu koja bi trebala biti snažnija. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson i Texas Instruments najavili su planove za procesore koji koriste ovu jezgru.

Cortex-A7 je zanimljiv jer je dizajniran kako bi koristio znatno manje energije i bio znatno manji od Cortex-A9. Kao što možete vidjeti na gornjem grafikonu, 28 nm implementacija Cortex-A7 može biti malena - manje od pola kvadratnog milimetra - i koristiti samo otprilike jednu trećinu snage 40 nm Cortex-A9. Iako se može malo razlikovati u implementaciji, očekuje se da će svaka jezgra A7 trošiti manje od 100 milivata snage, u usporedbi s maksimumom od 200 do 300 milivata za A9 i do 500 milivata za A15.

Ali ARM-ov je najveći pomak za ono što naziva big.LITTLE arhitektura, koja spaja A7 i A15. U takvom dizajnu, čip bi mogao imati više jezgara u svakoj arhitekturi, s tim da jezgre niže snage trče većinu vremena, a čip prelazi na jezgre veće snage kad su mu potrebne dodatne performanse, možda dok izvodi složeni proračun unutar igra ili čak komplicirani JavaScript na web stranici.

Trenutno najavljeni licenci kombinirane arhitekture uključuju CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile i Samsung Electronics. Prva najava za to bila je Samsungova Exynos 5 Octa, ali čini se da su drugi dobavljači poput Renesasa blizu. ARM je na izložbi pokazao kako kombinacija big.LITTLE može uštedjeti energiju.

A15 i A7 uslijedit će Cortex-A57 i A53, koji će se također pridružiti shemi big.LITTLE, a A53 male snage će pokretati većinu vremena, ali A57 dostupan kad je potrebna veća snaga. Iako su oba 64-bitna procesora, u početku će se raditi s 32-bitnim operativnim sustavima, koji ne mogu adresirati više od 4 GB, što je u većini okolnosti ograničenje 32-bitnih procesora. (Ova jezgra također će se naći u procesorima usmjerenima na tržište poslužitelja, gdje je potrebno veće memorije.)

Ali ne vidimo samo jedan pristup. Čini se da svaki dobavljač procesora ima različit pristup za svoje vrhunske procesore. Samsung i Renesas nude četiri A15 i četiri A7. Nvidia gura četiri A15-e pune snage plus jezgru male snage. MediaTek i drugi koriste jednostavno četiri A7-a. ST-Ericsson promovira A9 jezgre, ali većom brzinom.

A onda su tu tvrtke koje imaju "arhitektonske dozvole". Oni u osnovi omogućuju tvrtkama da izrade jezgre koje imaju jedinstvene značajke, ali su još uvijek kompatibilne s ARM arhitekturom. Ta je arhitektura - učinkovito skup postavki - imala više varijacija, a A9, A7 i A15 svi su koristili ono što je poznato kao ARMv7. Predstojeći A53 i A57 koriste noviju varijaciju koja podržava 64-bitno računanje, poznatu kao ARMv8.

Mnoge tvrtke imaju arhitektonske dozvole. Možda je najpoznatiji Qualcomm koji svoju jezgru "Krait" koristi u većini svojih trenutnih procesora (iako koristi A7s u donjem dijelu). Krait je ARMv7 kompatibilna jezgra. Marvell u svojoj liniji procesora Armada dizajnira vlastite jezgre. Apple ne otkriva većinu detalja svojih procesora, ali smatra se da je dizajnirao vlastite jezgre za svoje procesore A6 i A6X za iPhone i iPad. Prve procesorske jezgre koje su kompatibilne s ARMv8 vjerojatno će se nalaziti u poslužiteljskim čipovima kao što je AppliedMicro X-Gene, no vjerojatno će i mnoge druge kompanije koje čine ARMv kompatibilne jezgre slijediti to. Na primjer, Nvidia je najavila da planira stvoriti vlastitu jezgru pod nazivom "Project Denver" za mobilni procesor koji bi trebao izaći 2015. godine.

Alternativa x86 i MIPS

Dok arhitektura ARM-a dominira na mobilnim telefonima i tabletima, postoje alternative. Intel u posljednje vrijeme proizvodi najviše buke pomoću niza proizvoda i mape puta za svoju obitelj Atom usmjerenu na mobilne uređaje. Tvrtka je predstavila novi procesor usmjeren na najniži kraj tržišta pametnih telefona pod nazivom Z2420 (kodni naziv Lexington) na CES-u u siječnju, a na Mobile World Kongresu predstavio je svoju platformu Clover Trail + na čelu s dual-core / four- nit Atom Z2580, radi na 2GHz.

Iako tvrtka već neko vrijeme prikazuje telefone sa sjedištem u Atomu, tek su se prošle godine takvi telefoni zaista plasirali na tržište. Intel kaže kako sada ima 10 dizajna mobilnih telefona koji se temelje na njegovom čipu Atom u više od 20 zemalja te je nagovarao takve značajke kao što su podrška za HDR kamere bez zamućenja pokreta. Intelovi trenutni Atom-ovi procesori napravljeni su na 32nm tehnologiji, no tvrtka planira prijeći na 22nm FinFET tehnologiju koju koristi u svojim Core procesorima krajem godine. Naravno da je Intel dugo dominirao segmentom prijenosnih računala i već ove godine postigao napredak s Atom i Core računalima i kabrioletima. O detaljima ću razgovarati kada u sljedećem postu budem do pojedinih dobavljača procesora.

Intelov tradicionalni rival u procesorima x86, AMD, također je bio na Mobile World Kongresu, pokazavši Temash, njegov nadolazeći procesor namijenjen Windows tabletima i hibridima. To će biti dostupno i u dual-core i quad-core verziji, a AMD je pokazao demonstracije kako nadmašuje postojeću platformu Clover Trail. Predviđeno je da se očekuje u prvoj polovici 2013. AMD još uvijek nema telefonsku platformu.

Druga arhitektura procesora koju smo vidjeli u mobilnim uređajima dolazi iz MIPS-a, koji je nedavno kupio Imagination Technologies. MIPS nudi tri razine s porodicom procesorskih jezgara Aptiv, uključujući liniju Pro-Aptiv namijenjenu aplikacijskim procesorima. Dužnosnici za maštu napominju da MIPS već 20 godina prodaje 64-bitne jezgre i kažu da im je cilj isporučiti 25 posto svih jezgara CPU-a u narednih četiri do pet godina. Za sada, većina MIPS procesora ide na tržišta kao što su umrežavanje, infrastruktura i set-top box, ali Ingenic čini procesor za mobilne uređaje i kompanija očekuje da će u tom području dobiti veći naglasak. MIPS je nedavno najavio novu verziju arhitekture, nazvanu V5, i očekuje da će početne čipove vidjeti krajem ove godine.

Grafika: iznenađujuće natjecanje

Ako ARM dominira u jezgrama za mobilne aplikacije, Imagination Technologies dominira u mobilnim grafičkim jezgrama, iako se suočava s sve većom konkurencijom.

Mašta danas je uglavnom zastupljena kroz PowerVR seriju 5, uključujući 5XT proširenje koje dodaje neke mogućnosti koje omogućuju OpenGL ES 3.0 mogućnosti. Danas je vrhunski SGX 544MP4 - "4" označava broj grafičkih jezgara. Mnoge tvrtke podržavaju grafiku o zamisli, uključujući Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner i Texas Instruments. Iako to Apple općenito ne potvrđuje, trenutni iPadov A6X procesor ima četverojezgrenu PowerVR SGX 554MP4 grafiku. (Mašta je to pokazala na svom štandu na Mobile World Kongresu.) Tvrtka je kasnije potvrdila da Samsung Exynos 5410 Octa također koristi tu grafiku.

Krećući se naprijed, tvrtka promovira PowerVR seriju 6, koja će izvorno podržavati DirectX 10 i Open GL ES 3.0. To će se ponuditi između jednog i šest grupa grafičkih prikaza, u rasponu od G6100 do vrhunskog 6630. Imaginacija kaže da ima 10 licenciranih korisnika za VR6 grafiku.

Mašta također potiče zasebnu grafičku sposobnost u obliku svojih PowerVR video jezgara, koje uključuju dekodiranje i kodiranje video zapisa. Iz tvrtke kažu kako su joj licenci isporučili više od 500 milijuna tih jezgara.

Među grafičkim podacima koji se mogu licencirati, najveći konkurent tvrtke Imagination je ARM koji nudi svoje male jezgre za GPU (grafičke procesorske jedinice). ARM kaže da sada ima 75 licenci za to i očekuje da će 240 milijuna procesora isporučiti s ovom tehnologijom u 2013. Konkretno, tvrtka je trubila kako se kombinacija može koristiti za stvari poput GPU računarstva, demonstriranja računalne fotografije, prepoznavanja lica, igranje u stvarnom vremenu.

Unutar obitelji Mali postoji nekoliko gradacija, uključujući obitelji Mali-400 i -450 koje su uglavnom usmjerene na pametne telefone s masovnim tržištem, a obitelj Mali-T600 usmjerena ka višem kraju.

Među tvrtkama koje koriste male jezgre su Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner i Rockchip. Ako primijetite neke preklapanje sa popisom Imagination, to je zato što neke tvrtke koriste različite grafike u različitim procesorima.

No, možda su najveći konkurenti licenciranim grafičkim jezgramama jedinstvena grafika koju ugrađuju mnogi proizvođači procesora aplikacija. Qualcomm je vjerojatno bio najuspješniji te je uvelike koristio svoju grafiku Adreno u svojoj grupi procesora Snapdragon. Ovo također dolazi u različitim okusima, ovisno o tržištu kojem je čipu namijenjen. Nvidia je vjerojatno najviše iskoristila koristeći grafiku kao diferencijator, govoreći o svojoj GeForce grafici i kako je preuzela baštinu za osobne igre na računalu i primijenila to na mobilne procesore. Broadcom ima i vlastitu multimedijsku tehnologiju, poznatu kao VideoCore.

Više ću o sljedećim dobavljačima čipova detaljnije opisati.