Izdelovalci mobilnih čipov: osnovni gradniki

Medtem ko lahko trdite, da je trg namiznih in prenosnih procesorjev v zadnjem času dokaj omejen in predvidljiv, trg aplikacijskih procesorjev za mobilne telefone in tablične računalnike ostaja izjemno živahen trg z več kot ducatimi tekmeci. Ti procesorji se premikajo dokaj hitro, letošnja velika novost - štirijedrni aplikacijski procesorji - pa je letos postala običajna.

Spremljam, kam vodijo procesorji in kako naj se razvijajo v prihodnjem letu. V naslednjih nekaj objavah bom pisal o določenih procesorjih, za začetek pa si oglejmo komponente, ki gredo v čipe.

Osnovni gradniki

Vsi mobilni procesorji vključujejo jedra CPU in grafična jedra; večina vsebuje nekatere funkcije povezovanja in / ali osnovno strojno opremo za povezavo z mobilnim omrežjem. (Tudi takrat običajno telefoni za povezave potrebujejo ločen RF čip, poleg tega pa ločen čip za povezovanje za stvari, kot sta Wi-Fi in Bluetooth.)

Eden od razlogov, da je v mobilnem prostoru tako velika konkurenca, je velika večina procesorjev za telefone in tablične računalnike zgrajena na neki iteraciji arhitekture ARM, bodisi z uporabo jeder, ki jih načrtuje ARM Holdings, bodisi po meri prilagojenih jeder, ki so bile zgrajene z uporabo "arhitekturno licenco", ki vključuje mobilni prostor Qualcomm (z jedrom "Krait") in Apple v mobilnem prostoru.

Seveda obstajajo konkurenčne arhitekture. Intel skuša potisniti arhitekturo x86, ki je bila tako priljubljena v namiznih računalnikih in prenosnikih, podjetje Imagination Technologies pa ima tudi nedavno pridobljeno arhitekturo MIPS (več o tem pozneje). Kljub temu ARM resnično prevladuje na trgu jeder mobilnih procesorjev.

Grafika je nekoliko bolj raznolika. Najbolj znan tretji ponudnik grafičnih IP je Imagination Technologies. Njegova družina Power VR se uporablja v najrazličnejših procesorjih, vključno s tistimi iz Intel in Apple. ARM tekmuje s svojo grafično jedro v Maliju in številni izdelovalci čipov ustvarjajo lastno grafiko, med njimi Qualcomm z Adreno grafiko in Nvidia s svojo grafiko GeForce.

ARM jedra povsod

ARM dejansko naredi več različnih jeder, od drobnih majhnih jeder, ki se uporabljajo v vseh vrstah naprav, do serije Cortex, ki jo običajno opazimo pri mobilnih procesorjih. Tudi tu so na voljo različne možnosti, od Cortex-A9 (ki se uporablja v večini današnjih telefonov) do novega zmogljivejšega Cortex-A15 in drobnega, učinkovitega Cortex-A7.

Cortex-A9 je v zadnjih nekaj letih srce večine aplikacijskih jeder drugih proizvajalcev, čeprav se letos veliko proizvajalcev procesorjev aplikacij premika k novim dizajnom. Mnogi temeljijo na Cortex-A15, ki je bil zasnovan za večje zmogljivosti, in / ali na Cortex-A7, ki je bil zasnovan tako, da porabi manj energije. A15 ima 40-bitni fizični naslov, čeprav lahko posamezne niti dostopajo le do 32-bitnih in ponuja novo arhitekturo, ki bi morala biti zmogljivejša. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson in Texas Instruments so objavili načrte za procesorje, ki uporabljajo to jedro.

Cortex-A7 je zanimiv, saj je bil zasnovan za porabo bistveno manj energije in je bistveno manjši od Cortex-A9. Kot lahko vidite na zgornjem grafikonu, je 28nm izvedba Cortex-A7 lahko majhna - manj kot pol kvadratnega milimetra - in porabi le približno tretjino moči 40 nm Cortex-A9. Čeprav se lahko po izvedbi nekoliko razlikuje, se pričakuje, da bo vsako jedro A7 porabilo manj kot 100 milivatov moči v primerjavi z največjim od 200 do 300 milivatnih moči za A9 in do 500 milivatov za A15.

Največji pritisk ARM-a pa je tisto, čemur pravimo big.LITTLE arhitektura, ki združuje A7 in A15. V takšni zasnovi bi lahko imel čip več jeder v vsaki arhitekturi, saj jedra z nižjo močjo delujejo večino časa, čip pa preklopi na jedra z večjo močjo, kadar potrebuje dodatne zmogljivosti, morda med izvajanjem zapletenega izračuna znotraj igra ali celo zapleten JavaScript na spletni strani.

Trenutno napovedani licenci kombinirane arhitekture vključujejo CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile in Samsung Electronics. Prva objava tega je bila Samsungova Exynos 5 Octa, toda zdi se, da so drugi prodajalci, kot je Renesas, blizu. ARM je na razstavi pokazal, kako kombinacija big.LITTLE lahko prihrani energijo.

A15 in A7 bosta sledila Cortex-A57 in A53, ki bosta prav tako združena v shemi big.LITTLE, pri čemer bo A53 z majhno močjo večinoma deloval, A57 pa je na voljo, ko je potrebna večja moč. Čeprav gre za oba 64-bitna procesorja, se bodo sprva izvajali z 32-bitnimi operacijskimi sistemi, ki ne zmorejo več kot 4 GB, kar je omejitev 32-bitnih procesorjev v večini okoliščin. (Ta jedra se bodo znašla tudi v procesorjih, usmerjenih na strežniški trg, kjer je potreben večji pomnilnik.)

Ampak ne vidimo samo enega pristopa. Zdi se, da ima vsak prodajalec procesorjev drugačen pristop za svoje vrhunske procesorje. Samsung in Renesas ponujata štiri A15 in štiri A7. Nvidia potisne štiri polne moči A15 in jedro z majhno močjo. MediaTek in drugi uporabljajo preprosto štiri A7-je. ST-Ericsson promovira A9 jedra, vendar z večjo hitrostjo.

In potem so tu podjetja, ki imajo "arhitekturne licence." To v bistvu podjetjem omogočajo, da ustvarijo jedra, ki imajo edinstvene lastnosti, vendar so še vedno združljiva z arhitekturo ARM. Ta arhitektura - dejansko nabor navodil - je imela več različic, pri čemer so A9, A7 in A15 vsi uporabljali tisto, kar je znano kot ARMv7. Prihajajoči A53 in A57 uporabljata novejšo različico, ki podpira 64-bitno računalništvo, znano kot ARMv8.

Mnoga podjetja imajo arhitekturne licence. Morda je najbolj znan Qualcomm, ki svoje jedro "Krait" uporablja v večini svojih trenutnih procesorjev (čeprav uporablja A7s v nizkem razredu). Krait je jedro, združljivo z ARMv7. Marvell v svoji liniji procesorjev Armada oblikuje lastna jedra. Apple ne razkriva večine podrobnosti svojih procesorjev, vendar naj bi oblikoval lastna jedra za procesorja A6 in A6X za iPhone in iPad. Prva procesorska jedra, ki bodo združljiva z ARMv8, so verjetno v strežniških čipih, kot je AppliedMicro X-Gene, vendar je verjetno, da bodo mnoga druga podjetja, ki izdelujejo jedra, združljiva z ARM, sledila temu. Nvidia je na primer napovedala načrte za oblikovanje lastnega jedra z imenom "Project Denver" za mobilni procesor, ki bo izšel leta 2015.

Možnosti x86 in MIPS

Medtem ko arhitektura ARM prevladuje v mobilnih telefonih in tabličnih računalnikih, obstajajo druge možnosti. Intel v zadnjem času ustvarja največ hrupa s serijo izdelkov in načrt za svojo družino Atom, namenjeno mobilnim napravam. Podjetje je januarja na CES predstavilo nov procesor, usmerjen v spodnji del trga pametnih telefonov, imenovan Z2420 (z imenom Lexington), na mobilnem svetovnem kongresu pa je predstavil svojo platformo Clover Trail +, ki jo je vodila dvojedrna / štiri- nit Atom Z2580, deluje na 2GHz.

Medtem ko podjetje že nekaj časa prikazuje telefone, ki temeljijo na Atomu, so jih v preteklem letu resnično dali na trg. Intel pravi, da ima zdaj 10 modelov mobilnih telefonov, ki temeljijo na čipu Atom v več kot 20 državah, in nagovarja takšne funkcije, kot je podpora za HDR kamere, brez zamegljenosti gibanja. Intelovi trenutni procesorji Atom so narejeni na 32nm tehnologiji, vendar se družba načrtuje, da se bo konec konca leta premaknila na 22nm tehnologijo FinFET, ki jo uporablja v svojih Core procesorjih. Seveda je Intel že dolgo prevladoval v segmentu prenosnih računalnikov in tudi letos dosegel nekaj napredka pri tabličnih računalnikih in kabrioletih na osnovi Atom in Core. O podrobnostih bom razpravljal, ko bom prišel do posameznih prodajalcev procesorjev v naslednji objavi.

Intelov tradicionalni tekmec v procesorjih x86, AMD, je bil tudi na mobilnem svetovnem kongresu in je prikazal Temash, njegov prihajajoči procesor, namenjen Windows tabletam in hibridom. Ta bo na voljo v dvojedrni in štirijedrni različici, AMD pa je pokazal predstavitve, kako je prekašal obstoječo platformo Clover Trail. Ta načrt bo predviden v prvi polovici leta 2013. AMD še nima telefonske platforme.

Druga arhitektura CPU-ja, ki smo jo videli v mobilnih napravah, prihaja iz MIPS-a, ki ga je pred kratkim pridobila družba Imagination Technologies. MIPS ponuja tri stopnje s svojo družino procesorskih jeder Aptiv, vključno s linijo Pro-Aptiv, namenjeno procesorjem aplikacij. Uradniki za domišljijo ugotavljajo, da MIPS že 20 let prodaja 64-bitna jedra in pravijo, da je cilj podjetja odpreti 25 odstotkov vseh jeder CPUja v naslednjih štirih do petih letih. Za zdaj večina MIPS-jevih procesorjev gredo na trge, kot so mreženje, infrastruktura in sprejemniki, toda Ingenic naredi procesor za mobilne naprave in podjetje pričakuje, da bo na tem področju poudarilo več. MIPS je nedavno predstavil novo različico arhitekture, imenovano V5, in pričakuje, da bodo začetni čipi predstavljeni pozneje letos.

Grafika: presenetljiva konkurenca

Če ARM prevladuje v jedrih mobilnih aplikacij, ima Imagination Technologies prevlado v mobilnih grafičnih jedrih, čeprav se spopada z vse večjo konkurenco.

Domišljija je danes večinoma predstavljena s svojo serijo PowerVR 5, vključno s podaljškom 5XT, ki dodaja nekatere zmogljivosti, ki omogočajo OpenGL ES 3.0 zmogljivosti. Danes je vrhunski SGX 544MP4 - "4" označuje število grafičnih jeder. Mnoga podjetja podpirajo grafiko domišljije, vključno z Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner in Texas Instruments. Čeprav Apple na splošno tega ne potrdi, ima trenutni iPadov A6X procesor štiričrnsko grafiko PowerVR SGX 554MP4. (Domišljija je to pokazala na svoji stojnici na svetovnem kongresu Mobile.) Družba je pozneje potrdila, da Samsung Exynos 5410 Octa uporablja tudi to grafiko.

V nadaljevanju podjetje promovira PowerVR serijo 6, ki bo izvorno podpirala DirectX 10 in Open GL ES 3.0. Ta bo na voljo z enim in šestimi grafičnimi grozdi, od G6100 do 6630. Najpomembnejša domišljija ima 10 licenčnikov za grafiko VR6.

Tudi domišljija pritiska na ločeno grafično zmogljivost v obliki svojih PowerVR video jeder, ki vključuje dekodiranje in kodiranje videov. V podjetju pravijo, da so njegovi licenci odposlali več kot 500 milijonov teh jeder.

Med licenco za grafiko je največji konkurent Imagination ARM, ki ponuja svoja mala jedra GPU (grafična procesorska enota). ARM pravi, da ima zdaj 75 licenčnikov za to in pričakuje, da bo s to tehnologijo v letu 2013 poslalo 240 milijonov procesorjev. Predvsem je podjetje trobentalo, kako lahko kombinacijo uporabimo za stvari, kot so računalništvo GPU, demonstracija računalniške fotografije, zaznavanje obrazov, in igranje v realnem času.

Znotraj družine Mali obstaja več kategorij, med njimi družine Mali-400 in -450, ki so usmerjene večinoma na pametne telefone z masovnim trgom, in družina Mali-T600, ki so bolj usmerjene v višji konec.

Med podjetji, ki uporabljajo mala jedra, so Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner in Rockchip. Če opazite nekaj prekrivanja s seznamom Imagination, je to zato, ker nekatera podjetja uporabljajo različne grafike v različnih procesorjih.

Morda pa so največji konkurenti licenciranim grafičnim jedrom edinstvene grafike, ki jih vključuje veliko proizvajalcev aplikacijskih procesorjev. Qualcomm je bil verjetno najuspešnejši, saj je svojo Adreno grafiko močno uporabljal v svoji družini procesorjev Snapdragon. Ta ima tudi različne okuse, odvisno od trga, za katerega je čip namenjen. Verjetno je Nvidia največ izkoristila pri uporabi grafike kot diferenciatorja, ko je govorila o svoji grafiki GeForce in kako je prevzela svojo igralniško dediščino za osebne računalnike ter to uporabila na mobilnih procesorjih. Broadcom ima tudi svojo multimedijsko tehnologijo, znano kot VideoCore.

Podrobnejše ponudnike čipov bom podrobneje opisal v naslednji objavi.