Mga bloke ng mobile na gusali 2014: mobile cores

Bawat taon pagkatapos ng CES at Mobile World Congress, naiisip ko ang mga anunsyo ng palabas at kung ano ang ibig sabihin nito para sa hinaharap ng mga mobile application processors. Tiyak na nakita namin ang ilang mga kagiliw-giliw na mga pag-unlad, kabilang ang isang hanay ng mga 64-bit na mga anunsyo, na ang ilan ay naglalayong higit pa sa mga mid-range na telepono, ngunit ang mga bagong 32-bit na chips ay tila ang pinakasikat na paksa ng pag-uusap sa mataas na dulo .

Halos lahat ng kumpanya na gumagawa ng mga chips ay pinag-uusapan ang mas mahusay na mga graphics - na may malaking mga natamo sa pagganap - at ang lahat ay pinag-uusapan ang maraming mga cores, kasama ang 4 at kahit na ang 8-core chips ay nagiging regular na. Ang hindi pa namin nakita ay ang anumang mga pangunahing proseso ng aplikasyon na binuo gamit ang teknolohiya ng 20nm (maliban sa mga mula sa Intel, na kumokontrol sa disenyo at pagmamanupaktura para sa mga chips), o talagang bagong high-end 64-bit chips mula sa karamihan ng mga manlalaro. Bilang isang resulta, ang mga pagbabago na malamang na nakikita natin sa mga chips para sa mga pinakamataas na end phone sa susunod na ilang buwan ay maaaring hindi napakalaki, kahit na ang mga mid-range at low-end na telepono ay nakakakuha.

Tatalakayin ko ang mga detalye ng mga pangunahing chips mamaya sa linggong ito, ngunit nais kong magsimula sa pamamagitan ng pakikipag-usap tungkol sa mga pangunahing mga bloke ng gusali na pumapasok sa paglikha ng mga processors ng aplikasyon. Hindi tulad sa mundo ng PC, sa pangkalahatan, ang mga gumagawa ng naturang mga processors ay may posibilidad na gumamit ng hindi bababa sa ilang mga intelektwal na ari-arian (IP), alinman sa mga lisensya sa arkitektura o buong mga cores, sa paglikha ng kanilang mga produkto. Alalahanin na ang isang tipikal na processor ng aplikasyon ngayon ay nagsasama ng isang CPU, graphics core, madalas na isang baseband modem, at isang raft ng iba pang mga tampok; at maraming gumagawa ang nagpahintulot sa arkitektura ng CPU, graphics, o potensyal pareho. Ang isang pangkaraniwang tagagawa ng processor ay pagsamahin ang mga tampok na ito, kapwa ang mga nilikha nila sa kanilang sarili at ang kanilang mga lisensya, upang magdisenyo ng isang tukoy na chip para sa isang target na merkado. Sa post na ito, sasabihin ko ang tungkol sa arkitektura ng CPU, pagkatapos ay sundan bukas sa isa sa disenyo ng graphics.

Ang Maraming Flavors ng ARM na Disenyo

Ang karamihan ng mga mobile application processors na nakikita mo ngayon ay nagpapatakbo ng ilang variant ng arkitektura ng ARM. Sa katunayan, sa lahat ng mga merkado, inaangkin ng ARM na higit sa 50 bilyong mga processors na gumagamit ng teknolohiyang ito ay naibenta, na may higit sa 10 bilyong ibinebenta noong 2013 lamang. Ang mga merkado ng telepono at tablet ay isang makabuluhang bahagi nito, kasama ang ARM na nagsasabing ang 95 porsyento ng mga smartphone sa mundo ay nagpapatakbo ng ilang bersyon ng arkitektura nito, ngunit ang mga processors ng ARM ay nasa maraming iba pang mga produkto.

Ngunit mahalagang maunawaan na ang ARM ay hindi talaga nagbebenta ng mga processors; sa halip ito ay nagbebenta ng IP - kabilang ang aktwal na mga pangunahing disenyo at pangunahing batayang arkitektura, na ilang mga vendor ng chip kasama ang Apple at Qualcomm na gumamit upang lumikha ng mga natatanging cores. Ang paggamit ng isang karaniwang arkitektura - epektibong itinakda ang pagtuturo - nagbibigay-daan para sa isang antas ng pagiging tugma at sa gayon ay ginagawang mas madali upang makakuha ng software na tumakbo sa mga chips mula sa maraming mga kumpanya.

Mayroong dalawang pangunahing arkitektura ng ARM na nakikita natin sa mga mobile processors ngayon - ang 32-bit ARMv7 at ang 64-bit na bersyon ARMv8.

Ang ARMv7 ay naging pamantayan sa merkado ng telepono ng maraming taon. Ito ay isang 32-bit na disenyo na ginagamit sa iba't ibang mga cores (kabilang ang ARM's Cortex-A9, A7, at A15 na disenyo, pati na rin ang arkitektura ng "Krait" na Qualcomm at ang mga cores na ginamit sa mga processors ng Apple bago ang A7). Ang Cortex-A9 ay hindi mapaniniwalaan o kapani-paniwala popular, ngunit ang mga araw nito ay tila bilang. Sa taong ito, nakakakita kami ng higit pang mga disenyo na kasama ang alinman sa isang mas maliit, mas mahusay na Cortex-A7; o isang mas malakas na Cortex-A15, na nag-aalok ng mas mataas na pagganap; o isang kombinasyon ng dalawa sa tinatawag na ARM na "big.LITTLE" na pagsasaayos nito.

Ang Cortex-A7 ay talagang napakaliit - mas mababa sa kalahati ng isang square square sa isang proseso ng 28nm - at idinisenyo upang magamit ang mas kaunting lakas; mas mababa sa 100 milliwatts kumpara sa isang 200- hanggang 300-milliwatt peak para sa isang A9, at hanggang sa 500 milliwatts para sa isang A15. Ang Cortex-A15 ay nagdaragdag ng suporta para sa isang 40-bit na pisikal na puwang ng address, kahit na ang mga indibidwal na aplikasyon ay maaari lamang ma-access ang 32 bits. Noong nakaraang tag-araw, ipinakilala ng ARM ang A12, na nangangahulugang isang kapalit para sa A9, na sinasabi na hanggang 40 porsyento nang mas mabilis kaysa sa isang A9 at magkasya sa puwang sa pagitan ng A7 at A15. Mas maaga sa taong ito, inihayag ng kumpanya ang isang na-update na bersyon na tinatawag na Cortex-A17, na sinasabi nito na dapat mag-alok ng mas mahusay na kahusayan at 60 porsiyento na higit na pagganap kaysa sa Cortex-A9. (Sa ngayon, tanging ang MediaTek ay nagpahayag ng isang processor ng telepono at Realtek isang TV processor gamit ang A17.) Naniniwala ang ARM na ang A17 ay ang huling ng 32-bit na disenyo nito, at sinadya na magkaroon ng mahabang buhay, sa mga aplikasyon tulad ng mga TV at mga produkto ng mamimili, habang sa huli ang kalakhan ng mobile market ay lumipat sa 64-bit na disenyo.

Ang isang bilang ng mga kumpanya ay pinagsama ang A7s at A15s (o mas kamakailan na A7s at A17s) sa malaking iyon.LITTLE kumbinasyon, na nagbibigay-daan para sa isang chip na magkaroon ng mga mas mababang lakas na kuryente na tumatakbo sa halos lahat ng oras at ang chip lumipat sa mas mataas na kapangyarihan mga kores kapag nangangailangan ito ng karagdagang pagganap, marahil habang nagpapatakbo ng isang kumplikadong pagkalkula sa loob ng isang laro, o kahit na kumplikadong JavaScript sa isang webpage. Sa ilan sa mga disenyo na ito, alinman sa bloke ng A7 cores o ang isa sa mga A15 cores ay maaaring maging aktibo sa isang pagkakataon; sa iba, ang lahat ng mga cores ay maaaring gumana nang sabay-sabay.

Muli, tila malamang na ang karamihan sa mga hinaharap na mobile chips na dinisenyo kasama ang mga ARM cores ay lilipat sa 64-bit na arkitektura, kahit na tila sa mga unang araw ng paglipat na iyon. Ang set ng pagtuturo ng ARMv8 ay tila ginagamit sa processor ng A7 ng Apple, na matatagpuan sa mga iPhone 5s at iPad Air, at inaasahan na maging sa maraming iba pang mga disenyo ng pagmamay-ari din. At syempre, ang ARM ay may dalawang mga cores na inihayag nito gamit ang arkitektura na ito: isang mas maliit na Cortex-A53 at isang mas malakas na Cortex-A57, muli sa pagpipilian ng pagsasama-sama sa kanila sa isang malaking.LITTLE na pagsasaayos. Ang 64-bit na bersyon ay pabalik na katugma, ngunit may kasamang mas malaking rehistro para sa pangkalahatang layunin at mga tagubilin sa media (na maaaring gawin itong mas mabilis sa ilang mga operasyon), suporta para sa memorya na lampas sa 4GB (lalo na mahalaga sa mga aplikasyon ng server); at mga bagong tagubilin sa pag-encrypt at cryptograp.

Ang Cortex-A53 core ay medyo higit pa, kasama ang mga kumpanya tulad ng MediaTek, Qualcomm, at Marvell lahat ay naghahayag ng mga chips na may maraming mga A53 cores. Sinabi ng ARM na inaasahan na ang unang tulad ng mga chips ay lalabas ngayong tag-init. Ang A57 ay dapat na kapansin-pansin na mas malakas, at inaasahan ng ARM ang mga mobile chips na lumabas sa kalaunan sa taon. (Inihayag ng AMD ang isang server chip gamit ang arkitektura ng A57, dahil sa pagpasok ng buong produksyon hanggang sa katapusan ng taon.)

Nag-aalok din ang ARM ng maraming mas maliit na mga cores na ginagamit sa mga microcontroller at iba pang mga aparato sa seryeng M nito; ang mga ito ay hindi tatakbo ang mga processors ng aplikasyon sa kanilang sarili, ngunit maaaring magamit sa maraming iba pang mga chips sa mobile ecosystem at lalong ginagamit upang gumawa ng mas matalinong SoCs. Halimbawa, ang A7 SoC ng Apple ay may isang M7 na coprocessor ng paggalaw na naiulat batay sa ARM Cortex-M3 at ginawa ng NXP, at ang Motorola X8 SoC sa Moto X ay pinagsasama ang isang Snapdragon S4 Pro dual-core CPU na may dalawang mababang-kapangyarihan na mga coprocessors batay sa Mga Instrumento ng Texas DSP para sa pagproseso ng natural-wika at pag-compute ng kontekstwal.

Tulad ng nabanggit kanina, ang isang bilang ng mga kumpanya ay may kung ano ang kilala bilang isang "arkitektura ng lisensya, " na nagbibigay-daan sa kanila na lumikha ng kanilang sariling mga cores gamit ang set ng pagtuturo, na sa palagay nila ay nagpapahintulot sa kanila na gumawa ng mga chips na nakatayo para sa merkado sa pamamagitan ng mas mahusay na pagganap, pamamahala ng kapangyarihan, o pareho. Kasama dito ang mga kumpanya tulad ng Qualcomm, Marvell, Nvidia, at Apple. Sa kabilang banda, ang pag-aalok ng mga karaniwang cores ay nagbibigay-daan sa mga kumpanya na lumikha ng mga disenyo nang mas mabilis at mas madali; marami sa mga kumpanya na mayroong isang lisensya sa arkitektura ay gumagamit ng mga karaniwang ARM cores sa ilang mga produkto. Kapansin-pansin, ang Qualcomm ngayon ay may ilang mga bersyon ng linya ng snapdragon ng mga processors na gumagamit ng mga Krait cores nito, habang ang iba ay gumagamit ng mga karaniwang ARM cores.

Mga Alternatibong Alok ng Intel at MIPS

Habang ang ARM ay nagpapatuloy na mangibabaw sa merkado ng mobile processor, ang Intel ay gumagawa ng isang malaking pagtulak din, bagaman sa karamihan ng mga tagumpay nito ay darating sa mga tablet na tumatakbo sa Windows at ilang tumatakbo na Android. Ang kasalukuyang pag-aalok ng Intel ay tila higit na naglalayong mga tablet kaysa sa mga telepono, kahit na ang kumpanya ay may dalawang bagong mga processors na tila mas angkop sa mga telepono na lalabas mamaya sa taong ito (na tatalakayin ko kapag nakakuha ako ng mga processors mula sa mga tiyak na kumpanya sa susunod na post). Sa mobile arena, tinutulak ng Intel ang linya ng Atom line ng mga processors, bagaman mayroong ilang mga Windows tablet na gumagamit ng mas malaking pamilya ng Core na ginamit din sa mga laptop at desktop.

Sa loob din ng pamilyang x86, ang AMD ay nagpapakita ng ilang mga tablet na nagpapatakbo ng mas mababang kapangyarihan na X86 na batay sa CPU. Muli, tatalakayin ko ang mga detalye sa ibang pagkakataon kapag pinag-uusapan ang mga partikular na gumagawa. Sa parehong mga kaso, siyempre, ang mga processors ay nagpapatakbo ng buong bersyon ng Microsoft Windows, kahit na ang parehong mga kumpanya ay tinutugunan din ang Android. Ang Intel sa partikular ay gumawa ng isang malaking pagtulak upang gawing katutubong tumakbo ang Android sa mga chips nito, habang ang AMD ay higit na nakatuon sa BlueStacks emulator para sa mga x86 na mga produkto dahil naghahanda din ito upang ilunsad ang mga ARM na katugmang chips sa susunod na taon.

Ang isa pang pagpipilian ay ang mga processors ng MIPS, isang pamilya na batay sa RISC ng mga processors na nakuha ng Imagination Technologies nang isang taon na ang nakalilipas. Nag-alok ang MIPS ng isang 64-bit na arkitektura para sa ilang oras, bilang bahagi ng linya ng Aptiv nito. Mas maaga sa taong ito, inihayag ng kumpanya ang Series 5 na "mandirigma" na henerasyon ng CPU, na kinabibilangan ng tatlong klase ng mga processors ng MIPS - ang M-series para sa mga naka-embed na merkado, ang I-klase na idinisenyo para sa mataas na kahusayan at napaka-integrated na aparato; at ang P-klase na idinisenyo para sa higit pang pagganap, kabilang ang mga application processors. Kasama sa mga bagong tampok ang pinagsamang suporta para sa mga OpenCL graphics at pinabuting seguridad. Ang imahinasyon ay nagsasabi na ang mga chips na ito ay gumagamit ng hanggang sa 40 porsyento na mas mababa sa lugar kaysa sa kanilang mga katunggali, na may mas mahusay na multi-threading para sa paggamit ng multi-core.

Ang mga processors ng MIPS ay medyo matagumpay sa maraming mga merkado, kabilang ang mga processors sa network at iba pang mga real-time na aplikasyon at set-top box, ngunit hanggang ngayon, hindi namin nakita ang mga ito sa maraming tradisyonal na mga tablet o smartphone. Ang isang kumpanya ng Tsino na tinatawag na Ingenic ay may linya ng mga processors na nagpapatakbo ng arkitektura ng Xburst batay sa naunang MIPS core, at ginamit ito sa ilang mga tablet sa Android. Ilang sandali, sinubukan ko ang isa, ngunit ang kumpanya na gumawa nito ngayon ay tila nakatuon sa mga tablet na nakabase sa ARM. Gayunpaman, posible na ang MIPS ay maaaring maging isang katunggali sa hinaharap, lalo na sa mga bagong linya ng mga cores.