Виробники мобільних чіпів: основні складові

Хоча ви можете стверджувати, що останнім часом ринок процесорів настільних ПК та ноутбуків став досить обмеженим та передбачуваним, ринок процесорів додатків для мобільних телефонів та планшетів залишається надзвичайно яскравим ринком, що містить понад десяток конкурентів. Ці процесори рухаються досить швидко, і цьогорічна велика нова функція - чотириядерні процесори додатків - стала звичною для цього року.

Я слідкував, куди рухаються процесори і як вони мають розвиватися протягом наступного року. У наступних кількох публікаціях я напишу про конкретні процесори, але почнемо з перегляду компонентів, які входять у мікросхеми.

Основні будівельні блоки

Усі мобільні процесори включають як ядра процесора, так і графічні ядра; Більшість містить деякі функції підключення та / або базове обладнання для підключення до мобільної мережі. (Навіть тоді для телефонів зазвичай потрібен окремий радіочастотний чіп, а також окремий чіп для підключення для таких речей, як Wi-Fi та Bluetooth.)

Однією з причин виникнення такої великої конкуренції в мобільному просторі є те, що переважна більшість процесорів для телефонів і планшетів побудована на певній ітерації архітектури ARM, або використовуючи ядра, які проектує сам ARM Holdings, або користувацькі ядра, побудовані за допомогою "архітектурна ліцензія", зокрема, включаючи Qualcomm (з його ядром "Крайт") та Apple в мобільному просторі.

Звичайно, є конкуруючі архітектури. Intel намагається просунути архітектуру x86, настільки популярну в настільних комп'ютерах та ноутбуках, а Imagination Technologies також має свою недавно придбану архітектуру MIPS (докладніше про це пізніше). Тим не менш, ARM дійсно домінує на ринку мобільних процесорних ядер.

Графіка дещо різноманітніша. Найвідомішим стороннім провайдером графічних IP є Imagination Technologies. Її Power VR сімейство використовується в широкому спектрі процесорів, включаючи Intel та Apple. ARM конкурує зі своїм графічним ядром у Малі, а ряд виробників мікросхем створюють власну графіку, зокрема Qualcomm зі своєю графікою Adreno та Nvidia зі своєю графікою GeForce.

Ядра ARM скрізь

ARM насправді складає декілька різних ядер, починаючи від крихітних маленьких ядер, що використовуються у всіляких пристроях, до серії Cortex, що зазвичай спостерігається у мобільних процесорах. Навіть тут є різні варіанти, починаючи від Cortex-A9 (використовується в більшості сучасних телефонів) до нового більш потужного Cortex-A15 і крихітного, енергоефективного Cortex-A7.

Cortex-A9 був серцем більшості сторонніх ядер додатків протягом останніх кількох років, хоча цього року багато виробників процесорів додатків переходять до нових конструкцій. Багато хто базується на Cortex-A15, який був розроблений для підвищення продуктивності, та / або Cortex-A7, який був розроблений для використання менше енергії. A15 має 40-бітний фізичний адресний простір, хоча окремі потоки можуть отримати доступ лише до 32-бітових, і він пропонує нову архітектуру, яка повинна бути більш потужною. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson і Texas Instruments оголосили про плани для процесорів, які використовують це ядро.

Cortex-A7 цікавий тим, що він був розроблений для використання значно меншої потужності та значно менший, ніж Cortex-A9. Як ви бачите на графіку вище, 28-нм реалізація Cortex-A7 може бути крихітною - менше половини квадратного міліметра - і використовувати лише приблизно третину потужності 40 нм Cortex-A9. Хоча це може дещо відрізнятися залежно від реалізації, загалом очікується, що кожне ядро ​​A7 використовуватиме менше 100 міліват енергії порівняно з піком від 200 до 300 міліват для A9 і до 500 міліват для A15.

Але найбільший поштовх ARM - це те, що він називає великою архітектурою LITTLE, яка поєднує A7 і A15. У такій конструкції мікросхема може мати декілька ядер в кожній архітектурі, при цьому більшу частину часу працюють ядра з меншою потужністю, а чіп переходить на ядра з більшою потужністю, коли йому потрібна додаткова продуктивність, можливо, виконуючи складний розрахунок всередині гра або навіть складний JavaScript на веб-сторінці.

В даний час оголошеними ліцензіатами комбінованої архітектури є CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile та Samsung Electronics. Першим повідомленням про це був Exynos 5 Octa від Samsung, але інші виробники, такі як Renesas, здається, відстають. На шоу ARM продемонстрував, як комбінація big.LITTLE може економити енергію.

За A15 та A7 слідуватимуть Cortex-A57 та A53, які також будуть об'єднані у схему big.LITTLE, де A53 малої потужності працює більшу частину часу, але A57 доступний, коли потрібно більше енергії. Хоча це обидва 64-бітні процесори, спочатку вони працюватимуть із 32-бітовими операційними системами, які не вміщають більше 4 Гб, обмеження 32-бітних процесорів за більшості обставин. (Ці ядра також знайдуть шлях до процесорів, орієнтованих на ринок серверів, де потрібна більша пам'ять.)

Але ми не просто бачимо один підхід. Схоже, що кожен постачальник процесорів має різний підхід до своїх процесорів високого класу. Samsung і Renesas пропонують чотири A15 і чотири A7. Nvidia виштовхує чотири A15 з повною потужністю плюс низькопотужний сердечник. MediaTek та інші використовують просто чотири A7. ST-Ericsson просуває ядра A9, але з більшою швидкістю.

А потім є компанії, які мають "архітектурні ліцензії". Вони по суті дозволяють фірмам створювати ядра, що мають унікальні функції, але все ще сумісні з архітектурою ARM. Ця архітектура - фактично набір інструкцій - сама по собі мала кілька варіацій, причому A9, A7 та A15 усі використовували те, що відомо як ARMv7. Майбутні A53 та A57 використовують новішу версію, яка підтримує 64-бітні обчислення, відомі як ARMv8.

Багато компаній мають архітектурні ліцензії. Мабуть, найвідомішим є Qualcomm, який використовує своє ядро ​​"Krait" у більшості своїх поточних процесорів (хоча і використовує A7s в нижньому кінці). Krait - ядро, сумісне з ARMv7. Марвелл розробляє власні сердечники в лінійці процесорів Armada. Apple не розкриває більшість деталей своїх процесорів, але, як вважають, розробила власні ядра для своїх процесорів A6 і A6X для iPhone і iPad. Перші процесорні ядра, сумісні з ARMv8, швидше за все, є у серверних мікросхемах, таких як AppliedMicro X-Gene, але ймовірно, що багато інших компаній, що виробляють ARM-сумісні ядра, будуть відповідати цьому. Наприклад, Nvidia оголосила про плани створення власного ядра під назвою "Project Denver" для мобільного процесора, який вийшов у 2015 році.

Альтернативи x86 та MIPS

Хоча архітектура ARM домінує над мобільними телефонами та планшетами, існують альтернативи. Останнім часом Intel найбільше шумить за допомогою серії продуктів та дорожньої карти для своєї родини Atom, спрямованої на мобільні пристрої. Компанія показала новий процесор, спрямований на нижній кінець ринку смартфонів під назвою Z2420 (кодова назва Lexington) на CES у січні, а на мобільному світовому конгресі представили свою платформу Clover Trail + на чолі з двоядерною / чотири- нитка Atom Z2580, працює на частоті до 2 ГГц.

Хоча компанія демонструє телефони на базі Atom деякий час, лише минулого року такі телефони справді вийшли на ринок. Intel заявляє, що зараз має 10 конструкцій мобільних телефонів на основі свого мікросхеми Atom у більш ніж 20 країнах, і рекламує такі функції, як підтримка камер HDR без розмиття руху. Нинішні процесори Atom від Intel виробляються за 32-нм технологією, але компанія планує перейти на 22-нм технологію FinFET, яку вона використовує в своїх основних процесорах наприкінці року. Звичайно, Intel вже давно домінує в сегменті ноутбуків і в цьому році досяг певного прогресу в галузі планшетів та кабріолетів на базі Atom та Core. Я обговорюю деталі, коли потрапляю до окремих постачальників процесорів у наступній публікації.

Традиційний конкурент Intel в процесорах x86, AMD, також був на Всесвітньому мобільному конгресі, показуючи Temash, його майбутній процесор, орієнтований на планшети та гібриди Windows. Це буде доступно як у двоядерній, так і в чотирьохядерній версії, а AMD демонструє демонстрації того, як вона перевершила існуючу платформу Clover Trail. Цей план планується випустити в першій половині 2013 року. AMD ще не має телефонної платформи.

Інша архітектура процесора, яку ми бачили на мобільних пристроях, походить від MIPS, який нещодавно придбав Imagination Technologies. MIPS пропонує три рівні зі своїм сімейством процесорних ядер Aptiv, включаючи лінійку Pro-Aptiv, спрямовану на процесори програм. Представники служби уявлення відзначають, що MIPS продає 64-бітні ядра протягом 20 років і кажуть, що компанія має на меті перевезти 25 відсотків усіх процесорних ядер протягом наступних чотирьох-п’яти років. Наразі основна частина процесорів MIPS виходить на такі ринки, як мережа, інфраструктура та приставки, але Ingenic все ж робить процесор для мобільних пристроїв, і компанія очікує, що в цьому напрямку буде приділено більше уваги. Нещодавно MIPS анонсувала нову версію архітектури під назвою V5 і розраховує побачити початкові чіпи пізніше цього року.

Графіка: дивна конкуренція

Якщо ARM домінує в ядрах мобільних додатків, Imagination Technologies домінує в мобільних графічних ядрах, хоча вона стикається зі зростанням конкуренції.

Сьогодні уява в основному представлена ​​завдяки серії PowerVR 5, включаючи розширення 5XT, яке додає деякі можливості, що дозволяють OpenGL ES 3.0. Сьогодні найвищим рівнем є SGX 544MP4 - "4" вказує на кількість графічних ядер. Багато компаній підтримують графіку Imagination, включаючи Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner та Texas Instruments. Хоча Apple, як правило, не підтверджує це, поточний процесор iPad A6X має чотирьохядерну графіку PowerVR SGX 554MP4. (Уява показала це на своєму стенді на Всесвітньому мобільному конгресі.) Пізніше компанія підтвердила, що Samsung Exynos 5410 Octa також використовує цю графіку.

Просуваючись вперед, компанія просуває PowerVR серії 6, яка в основному підтримуватиме DirectX 10 та Open GL ES 3.0. Для цього буде запропоновано від одного до шести кластерів графіки, починаючи з G6100 і починаючи з 6630. У уяві говориться, що у нього є 10 ліцензіатів на графіку VR6.

Уява також підштовхує окрему графічну можливість у вигляді своїх відеоядер PowerVR, що включає в себе декодування та кодування відео. Компанія каже, що її ліцензіати поставили понад 500 мільйонів цих ядер.

Серед ліцензованої графіки найбільшим конкурентом Imagination є ARM, який пропонує свої ядра графічних процесорів Малі (одиниці графічної обробки). ARM каже, що зараз має 75 ліцензіатів, і розраховує, що 240 мільйонів процесорів поставлять цю технологію у 2013 році. Зокрема, компанія трубила, як комбінацію можна використовувати для таких речей, як обчислення GPU, демонстрація обчислювальної фотографії, виявлення обличчя, ігор в режимі реального часу.

У сім'ї Малі є кілька градацій, включаючи сім'ї Mali-400 та -450, спрямовані переважно на смартфони масового ринку, а сімейство Mali-T600 спрямовані більше на високий рівень.

Серед компаній, що використовують ядра Малі, - Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner та Rockchip. Якщо ви помітили певне збіг зі списком Imagination, це тому, що деякі компанії використовують різну графіку в різних процесорах.

Але, мабуть, найбільшими конкурентами ліцензійних графічних ядер є унікальна графіка, яку включає багато виробників процесорів додатків. Qualcomm, мабуть, був найбільш успішним, широко використовуючи свою графіку Adreno у своїй сімействі процесорів Snapdragon. Сюди також входять різні смаки, залежно від ринку, для якого чіп призначений. Nvidia, мабуть, зробила найбільше, використовуючи графіку як диференціатор, розповідаючи про свою графіку GeForce та про те, як вона взяла своє ігрове надбання на ПК та застосувала це до мобільних процесорів. Також Broadcom має власну мультимедійну технологію, відому як VideoCore.

Я детальніше висвітлю конкретних постачальників чіпів у наступному дописі.