Mobilie celtniecības bloki 2014: mobilie serdeņi

Katru gadu pēc CES un Mobilās pasaules kongresa es pārdomāju šovu paziņojumus un to nozīmi mobilo lietojumprogrammu procesoru nākotnei. Mēs noteikti esam redzējuši dažus interesantus notikumus, ieskaitot 64 bitu paziņojumu kopu, no kuriem daži ir vairāk vērsti uz vidējas klases tālruņiem, taču jaunas 32 bitu mikroshēmas šķita par vispopulārāko sarunu tēmu augstākās klases tālruņos..

Gandrīz katrs uzņēmums, kas ražo mikroshēmas, runā par labāku grafiku - ar ievērojamiem veiktspējas ieguvumiem -, un visi runā par vairākiem kodoliem, 4 un pat 8 kodolu mikroshēmas tagad kļūst par rutīnu. Tas, ko mēs vēl neesam redzējuši, nav ne lielie lietojumprogrammu procesori, kas būvēti, izmantojot 20nm tehnoloģiju (izņemot Intel, kas kontrolē savu mikroshēmu dizainu un ražošanu), ne īsti jaunas augstas klases 64 bitu mikroshēmas no lielākās daļas spēlētāju. Tā rezultātā izmaiņas, kuras mēs nākamajos mēnešos, iespējams, redzēsim augstākās klases tālruņu mikroshēmās, var nebūt milzīgas, pat ja vidējās klases un zemākās klases tālruņi tiek pievilināti.

Par šo galveno mikroshēmu detaļām es diskutēšu vēlāk šonedēļ, bet es gribētu sākt ar to, ka runājam par galvenajiem pamatakmeņiem, kas nonāk lietojumprogrammu procesoru izveidē. Atšķirībā no personālo datoru pasaules, parasti šādu procesoru veidotāji savu produktu radīšanai mēdz izmantot vismaz kādu intelektuālo īpašumu (IP), vai nu arhitektūras licences, vai pilnus serdeņus. Atgādināt, ka tipiskajā lietojumprogrammu procesorā mūsdienās ietilpst centrālais procesors, grafikas kodols, bieži vien bāzes joslas modems un plauksts citu funkciju; un daudzi veidotāji licencē CPU arhitektūru, grafiku vai potenciāli abus. Tipisks procesora izgatavotājs apvienos šīs funkcijas - gan tās, kuras viņi paši izveido, gan licencētās, lai izstrādātu īpašu mikroshēmu mērķa tirgum. Šajā amatā es runāšu par CPU arhitektūru, pēc tam rīt sekošu vienai par grafikas dizainu.

Daudzas ARM dizaina garšas

Lielākais vairums mobilo lietojumprogrammu procesoru, kurus jūs šodien redzat, palaiž kādu ARM arhitektūras variantu. Patiešām, visos tirgos ARM apgalvo, ka ir pārdoti vairāk nekā 50 miljardi procesoru, kas izmanto tā tehnoloģiju, un vairāk nekā 10 miljardi tika pārdoti tikai 2013. gadā. Tālruņu un planšetdatoru tirgus ir nozīmīga tā sastāvdaļa, ARM apgalvojot, ka 95 procenti pasaules viedtālruņu izmanto kādu tās arhitektūras versiju, bet ARM procesori ir arī daudzos citos produktos.

Bet ir svarīgi saprast, ka ARM faktiski nepārdod procesorus; tā vietā tas pārdod IP - ieskaitot faktiskos pamata dizainus un pamata pamatā esošo arhitektūru, kuru vairāki mikroshēmu pārdevēji, ieskaitot Apple un Qualcomm, izmanto, lai izveidotu unikālus serdeņus. Kopīgas arhitektūras izmantošana - faktiski instrukciju kopa - ļauj sasniegt zināmu savietojamību un tādējādi ļauj vieglāk iegūt programmatūru, kas darbojas ar mikroshēmām no vairākiem uzņēmumiem.

Ir divas pamata ARM arhitektūras, kuras mēs šodien redzam mobilajos procesoros - 32 bitu ARMv7 un 64 bitu ARMv8 versija.

ARMv7 gadiem ilgi ir bijis standarts tālruņu tirgū. Tas ir 32 bitu dizains, kas tiek izmantots dažādos kodolos (ieskaitot ARM Cortex-A9, A7 un A15 dizainus, kā arī Qualcomm "Krait" arhitektūru un kodolus, kas Apple procesoros izmantoti pirms A7). Cortex-A9 ir bijis neticami populārs, taču tā dienas šķiet numurētas. Šogad mēs redzam vairāk dizainu, kas ietver vai nu mazāku, energoefektīvāku Cortex-A7; vai jaudīgāku Cortex-A15, kas piedāvā augstāku veiktspēju; vai abu kombinācija, ko ARM sauc par tās “big.LITTLE” konfigurāciju.

Cortex-A7 patiesībā ir ļoti mazs - mazāk nekā puse kvadrātmilimetru 28 nm procesa laikā - un bija paredzēts izmantot daudz mazāk enerģijas; mazāk nekā 100 milvatu, salīdzinot ar maksimumu 200 līdz 300 milvati A9, un līdz 500 milvats A15. Cortex-A15 atbalsta 40 bitu fiziskās adreses telpu, lai gan atsevišķas lietojumprogrammas var piekļūt tikai 32 bitiem. Pagājušajā vasarā ARM iepazīstināja ar A12, kas bija paredzēts A9 nomaiņai, sakot, ka tas ir par 40 procentiem ātrāks nekā A9 un derēs telpā starp A7 un A15. Šā gada sākumā uzņēmums paziņoja par modernizētu versiju ar nosaukumu Cortex-A17, kurai, pēc tās teiktā, vajadzētu piedāvāt labāku efektivitāti un par 60 procentiem lielāku veiktspēju nekā Cortex-A9. (Līdz šim tikai MediaTek ir paziņojis par tālruņa procesoru un Realtek par TV procesoru, kas izmanto A17.) ARM uzskata, ka A17 ir pēdējais no tā 32 bitu dizainiem, un tam ir paredzēts ilgs mūžs tādās lietojumprogrammās kā televizori un patēriņa preces, kamēr galu galā lielākā daļa mobilo sakaru tirgus pāriet uz 64 bitu dizainu.

Daudzi uzņēmumi ir apvienojuši A7 un A15 (vai nesen A7 un A17) šajā lielajā.LITTLE kombinācijā, kas ļauj mikroshēmai darboties mazākas jaudas kodoliem lielāko daļu laika un mikroshēmai pārslēgties uz lielākas jaudas serdeņus, kad tam nepieciešama papildu veiktspēja, iespējams, vienlaikus veicot sarežģītu aprēķinu spēles laikā vai pat sarežģītu JavaScript vietni. Dažos no šiem projektiem vienā reizē var būt aktīvs A7 serdeņu bloks vai viens no A15 serdeņiem; citās - visas serdes var darboties uzreiz.

Atkal šķiet, ka vairums nākotnes mobilo mikroshēmu, kas izstrādātas ar ARM kodoliem, pāries uz 64 bitu arhitektūru, lai arī šķiet, ka mēs esam šīs migrācijas pirmajās dienās. Šķiet, ka ARMv8 instrukciju komplekts tiek izmantots Apple A7 procesorā, kas atrodams iPhone 5s un iPad Air, un, domājams, ka tas tiks izmantots arī vairākos citos patentētos dizainos. Un, protams, ARM ir divi kodoli, kurus tas ir paziņojis, izmantojot šo arhitektūru: mazāks Cortex-A53 un jaudīgāks Cortex-A57, atkal ar iespēju tos apvienot lielā.LITTLE konfigurācijā. 64 bitu versija ir savietojama ar atpakaļejošu datumu, bet tajā ir iekļauti lielāki reģistri vispārīgai lietošanai un multivides instrukcijas (kas dažās operācijās to varētu padarīt ātrāku), atmiņas atbalsts virs 4 GB (īpaši svarīgi servera lietojumprogrammās); un jaunas šifrēšanas un šifrēšanas instrukcijas.

Cortex-A53 kodols ir mazliet tālāk, un tādi uzņēmumi kā MediaTek, Qualcomm un Marvell paziņo par mikroshēmām ar vairākiem A53 kodoliem. ARM saka, ka sagaida, ka pirmās šādas mikroshēmas parādīsies šovasar. A57 vajadzētu būt ievērojami jaudīgākam, un ARM sagaida, ka mobilās mikroshēmas ar šo kodolu tiks izlaistas vēlāk gada laikā. (AMD ir paziņojusi par servera mikroshēmu, kas izmanto A57 arhitektūru, un tā pilnīga ražošana tiks sākta gada beigās.)

ARM piedāvā arī vairākus daudz mazākus serdeņus, ko izmanto mikrokontrolleros un citās ierīcēs savā M sērijā; tie nedarbinātu lietojumprogrammu procesorus atsevišķi, taču tos var izmantot vairākās citās mikroshēmās mobilajā ekosistēmā un arvien vairāk tiek izmantoti, lai mobilos SoC padarītu viedākus. Piemēram, Apple A7 SoC ir M7 kustības kopēšanas procesors, kura pamatā ir ARM Cortex-M3 un ko ražo NXP, un Motorola X8 SoC Moto X apvieno Snapdragon S4 Pro divkodolu CPU ar diviem mazjaudas kopprocesoriem, kuru pamatā ir Texas Instruments DSP dabiskās valodas apstrādei un kontekstuālajai skaitļošanai.

Kā jau minēts iepriekš, daudziem uzņēmumiem ir tā saucamā “arhitektūras licence”, kas ļauj viņiem izveidot savus serdeņus, izmantojot instrukciju kopu, kas, pēc viņu domām, ļauj tām izveidot mikroshēmas, kas izceļas ar labāku veiktspēju tirgū, enerģijas pārvaldība, vai abas. To skaitā ir tādi uzņēmumi kā Qualcomm, Marvell, Nvidia un Apple. No otras puses, standarta serdeņu piedāvāšana ļauj uzņēmumiem ātrāk un vienkāršāk izveidot dizainu; daudzi uzņēmumi, kuriem ir arhitektūras licence, dažos produktos izmanto standarta ARM serdeņus. Proti, Qualcomm tagad ir dažas Snapdragon procesoru līnijas versijas, kas izmanto tās Krait serdeņus, bet citas izmanto standarta ARM serdeņus.

Intel un MIPS piedāvā alternatīvas

Kamēr ARM turpina dominēt mobilo procesoru tirgū, arī Intel ir guvis lielu spiedienu, lai gan lielākoties tā panākumi ir planšetdatoros, kuros darbojas operētājsistēma Windows, un nedaudzos - operētājsistēmā Android. Šķiet, ka Intel pašreizējais piedāvājums ir vairāk vērsts uz planšetdatoriem, nevis tālruņiem, lai gan uzņēmumam ir divi jauni procesori, kas, šķiet, ir labāk piemēroti tālruņiem, kas parādīsies vēlāk šajā gadā (par kuriem es diskutēšu, kad nākamajā ziņojumā es nokļūstu procesoros no konkrētiem uzņēmumiem). Mobilajā arēnā Intel spiež savu Atom procesoru līniju, lai gan ir dažas Windows tabletes, kurās tiek izmantota lielāka Core saime, ko izmanto arī klēpjdatoros un galddatoros.

Arī x86 saimē AMD ir parādījis dažām planšetdatoriem, kas darbojas ar mazākas jaudas x86 bāzes procesoriem. Atkal es apspriedīšu detaļas vēlāk, runājot par konkrētajiem veidotājiem. Protams, abos gadījumos procesori darbina pilnu Microsoft Windows versiju, lai gan abi uzņēmumi tagad uzrunā arī Android. It īpaši Intel ir izdarījis lielu stimulu, lai Android darbotos savās mikroshēmās, savukārt AMD saviem x86 produktiem vairāk koncentrējās uz BlueStacks emulatoru, jo tas arī šogad gatavojas sākt ar ARM saderīgas mikroshēmas.

Vēl viena iespēja būtu MIPS procesori - uz RISC balstīta procesoru saime, kuru nedaudz vairāk nekā pirms gada iegādājās Imagination Technologies. MIPS kādu laiku ir piedāvājis 64 bitu arhitektūru kā daļu no savas Aptiv serdeņu līnijas. Šā gada sākumā uzņēmums paziņoja par savu 5. sērijas "Warrior" CPU paaudzi, kurā ietilpst trīs MIPS procesoru klases - M sērija iegultiem tirgiem, I klase, kas paredzēta augstas efektivitātes un ļoti integrētām ierīcēm; un P klase, kas paredzēta lielākai veiktspējai, ieskaitot lietojumprogrammu procesorus. Jaunās funkcijas ietver integrētu OpenCL grafikas atbalstu un uzlabotu drošību. Iztēle saka, ka šīs mikroshēmas izmanto līdz pat 40 procentiem mazāk platības nekā viņu konkurenti, ar labāku vairāku vītņu izmantošanu daudzkodolu lietošanai.

MIPS procesori ir bijuši diezgan veiksmīgi daudzos tirgos, ieskaitot tīkla procesorus un citas reāllaika lietojumprogrammas un televizora pierīces, taču līdz šim mēs tos neesam redzējuši daudzos tradicionālos planšetdatoros vai viedtālruņos. Ķīnas uzņēmumam ar nosaukumu Ingenic ir virkne procesoru, kas darbojas ar Xburst arhitektūru, pamatojoties uz agrāko MIPS kodolu, un tas tika izmantots dažās Android planšetdatoros. Pēc kāda laika es to izmēģināju, taču šķiet, ka uzņēmums, kas to izveidoja, koncentrējas uz planšetdatoriem, kuru pamatā ir ARM. Tomēr joprojām ir iespējams, ka MIPS nākotnē varētu būt konkurents, īpaši ar jauno serdeņu līniju.