Mobilo mikroshēmu ražotāji: pamata veidojošie elementi

Lai gan var apgalvot, ka galddatoru un piezīmjdatoru procesoru tirgus pēdējā laikā ir kļuvis diezgan ierobežots un paredzams, mobilo tālruņu un planšetdatoru lietojumprogrammu procesoru tirgus joprojām ir ārkārtīgi dinamisks un tajā darbojas vairāk nekā duci konkurentu. Šie procesori pārvietojas diezgan ātri, un pagājušā gada lielā jaunā funkcija - četrkodolu lietojumprogrammu procesori - šogad kļūst izplatīta.

Esmu sekojis, kurp virzās pārstrādātāji un kā viņiem vajadzētu attīstīties nākamā gada laikā. Nākamajās dažās ziņās es rakstīšu par konkrētajiem procesoriem, bet sāksim aplūkot komponentus, kas nonāk mikroshēmās.

Pamata celtniecības bloki

Visos mobilajos procesoros ir gan CPU, gan grafikas kodoli; lielākā daļa satur dažas savienojamības funkcijas un / vai bāzes joslas aparatūru savienošanai ar mobilo tīklu. (Pat tad parasti tālruņiem ir nepieciešama atsevišķa RF mikroshēma savienojumiem, kā arī atsevišķa savienojamības mikroshēma tādām lietām kā Wi-Fi un Bluetooth.)

Viens no iemesliem, kāpēc mobilajā telpā ir tik liela konkurence, ir tas, ka lielais vairums tālruņu un planšetdatoru procesoru ir veidoti, balstoties uz zināmu ARM arhitektūras atkārtojumu, vai nu izmantojot serdeņus, ko pats ARM Holdings projektē, vai arī pielāgotus serdeņus, kas būvēti, izmantojot "arhitektūras licence", jo īpaši mobilajā telpā iekļaujot Qualcomm (ar tā kodolu "Krait") un Apple.

Protams, ir arī konkurējošas arhitektūras. Intel cenšas virzīt x86 arhitektūru, kas ir bijusi tik populāra galddatoros un piezīmjdatoros, un Imagination Technologies ir arī nesen iegādātā MIPS arhitektūra (vairāk par to vēlāk). Tomēr ARM patiešām dominē mobilo CPU kodolu tirgū.

Grafika ir nedaudz daudzveidīgāka. Pazīstamākais trešo personu grafisko IP pakalpojumu sniedzējs ir Imagination Technologies. Tā Power VR saime tiek izmantota daudzos dažādos procesoros, ieskaitot tos, kas ražoti no Intel un Apple. ARM konkurē ar savu Mali grafisko kodolu saimi un vairāki mikroshēmu veidotāji izveido paši savus grafiskos materiālus, tostarp Qualcomm ar savu Adreno grafiku un Nvidia ar savu GeForce grafiku.

ARM serdes visur

ARM faktiski izgatavo vairākus dažādus serdeņus, sākot no sīkiem, maziem serdeņiem, kurus izmanto visu veidu ierīcēs, līdz Cortex sērijām, kuras parasti redz mobilajos procesoros. Pat šeit ir dažādas izvēles iespējas, sākot no Cortex-A9 (izmanto lielākajā daļā mūsdienu tālruņu) līdz jaunajam jaudīgākajam Cortex-A15 un mazajam, energoefektīvajam Cortex-A7.

Cortex-A9 pēdējos pāris gadus ir bijis vairums trešo personu lietojumprogrammu kodolu, lai gan šogad daudzi lietojumprogrammu procesora veidotāji pāriet uz jauniem dizainparaugiem. Daudzi ir balstīti uz Cortex-A15, kas bija paredzēts lielākai veiktspējai, un / vai Cortex-A7, kas tika izstrādāts, lai patērētu mazāk enerģijas. A15 ir 40 bitu fiziskās adreses telpa, lai gan atsevišķiem pavedieniem var piekļūt tikai 32 bitu, un tas piedāvā jaunu arhitektūru, kurai vajadzētu būt jaudīgākai. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson un Texas Instruments ir paziņojuši par plāniem procesoriem, kas izmanto šo kodolu.

Cortex-A7 ir interesants, jo tas tika izstrādāts, lai patērētu ievērojami mazāk enerģijas un būtu ievērojami mazāks nekā Cortex-A9. Kā redzat iepriekš redzamajā tabulā, Cortex-A7 28 nm realizācija var būt niecīga - mazāka par pusi kvadrātmilimetru - un izmantot tikai aptuveni vienu trešdaļu no 40 nm Cortex-A9 jaudas. Lai gan tas var nedaudz atšķirties pēc ieviešanas, parasti tiek gaidīts, ka katrs A7 kodols patērēs mazāk nekā 100 milvatu jaudu, salīdzinot ar maksimumu 200 līdz 300 milvatu jaudu A9 un līdz 500 milivatu jaudu A15.

Bet ARM lielākais virziens ir tas, ko tā sauc par lielo.LITTLE arhitektūru, kas savieno A7 un A15. Šādā konstrukcijā mikroshēmai katrā arhitektūrā varētu būt vairāki serdeņi, lielāko daļu laika darbinot mazākas jaudas serdeņus un mikroshēma pārslēdzoties uz lielākas jaudas serdeņiem, kad tai nepieciešama papildu veiktspēja, iespējams, vienlaikus veicot sarežģītu aprēķinu spēle vai pat sarežģīts JavaScript tīmekļa vietnē.

Pašlaik paziņotās kombinētās arhitektūras licences īpašnieki ir CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile un Samsung Electronics. Pirmais paziņojums par to bija Samsung Exynos 5 Octa, taču citi pārdevēji, piemēram, Renesas, šķiet, atpaliek. Izstādē ARM demonstrēja, kā lielā.LITTLE kombinācija var ietaupīt enerģiju.

A15 un A7 sekos Cortex-A57 un A53, kas arī tiks savienoti lielā.LITTLE shēmā, kad lielāko daļu laika darbina mazjaudas A53, bet A57 ir pieejams, kad nepieciešama lielāka jauda. Lai gan šie abi ir 64 bitu procesori, sākotnēji tie darbosies ar 32 bitu operētājsistēmām, kas nevar adresēt vairāk par 4 GB, kas lielākajā daļā gadījumu ir 32 bitu procesora ierobežojums. (Šie kodoli atradīs ceļu arī uz procesoriem, kuru mērķis ir serveru tirgus, kur nepieciešama lielāka atmiņa.)

Bet mēs ne tikai redzam vienu pieeju. Liekas, ka katram procesora pārdevējam ir atšķirīga pieeja viņu augstākās klases procesoriem. Samsung un Renesas piedāvā četrus A15 un četrus A7. Nvidia spiež četrus pilnas jaudas A15 plus mazjaudas kodolu. MediaTek un citi izmanto vienkārši četrus A7. ST-Ericsson reklamē A9 serdeņus, bet ar lielāku ātrumu.

Un tad ir uzņēmumi, kuriem ir "arhitektūras licences". Tie būtībā ļauj firmām izveidot serdeņus, kuriem ir unikālas iespējas, bet joprojām ir saderīgi ar ARM arhitektūru. Šai arhitektūrai - faktiski instrukciju kopai - pašai ir bijušas vairākas variācijas, visām A9, A7 un A15 izmantojot to, kas pazīstama kā ARMv7. Topošajos A53 un A57 tiek izmantots jaunāks variants, kas atbalsta 64 bitu skaitļošanu, kas pazīstams kā ARMv8.

Daudziem uzņēmumiem ir arhitektūras licences. Varbūt vispazīstamākais ir Qualcomm, kas izmanto savu "Krait" kodolu lielākajā daļā pašreizējo procesoru (lai arī A7 izmanto zemākās klases). Krait ir ar ARMv7 saderīgs kodols. Marvell izstrādā savus serdeņus savā Armada procesoru līnijā. Apple neatklāj lielāko daļu informācijas par saviem procesoriem, taču tiek uzskatīts, ka viņš ir izstrādājis pats savus kodolus A6 un A6X procesoriem iPhone un iPad. Pirmie procesora kodoli, kas ir savietojami ar ARMv8, visticamāk, atrodas servera mikroshēmās, piemēram, AppliedMicro X-Gene, taču ir iespējams, ka daudzi citi uzņēmumi, kas ražo ARM savietojamus serdeņus, sekos šim piemēram. Piemēram, Nvidia ir paziņojusi par plāniem izveidot savu kodolu ar nosaukumu “Project Denver” mobilajam procesoram, kas paredzēts izlaist 2015. gadā.

X86 un MIPS alternatīvas

Kaut arī ARM arhitektūra dominē mobilajos tālruņos un planšetdatoros, pastāv alternatīvas. Intel pēdējā laikā rada vislielāko troksni, izmantojot virkni produktu un ceļvedi savai Atom saimei, kas paredzēta mobilajām ierīcēm. Uzņēmums janvārī CES demonstrēja jaunu procesoru, kas bija vērsts uz viedtālruņu tirgus zemāko galu un kuru sauca par Z2420 (ar nosaukumu Lexington), un Mobile World Congress atklāja savu Clover Trail + platformu, kuru vadīja divkodolu / četru- pavediens Atom Z2580, darbojas ar frekvenci līdz 2GHz.

Kamēr uzņēmums kādu laiku rāda tālruņus, kuru pamatā ir Atom, šādi tālruņi patiešām pagājušajā gadā ir nonākuši tirgū. Intel saka, ka tagad tam ir 10 mobilo tālruņu dizaini, kuru pamatā ir tā Atom mikroshēma vairāk nekā 20 valstīs, un tas ir pievērsis uzmanību tādām funkcijām kā HDR kameru atbalsts bez kustības izplūšanas. Pašreizējie Intel procesori Atom ir izgatavoti uz 32nm tehnoloģiju, taču uzņēmums plāno pāriet uz 22nm FinFET tehnoloģiju, ko tā izmanto Core procesoros, ap gada beigām. Protams, Intel jau sen ir dominējis piezīmjdatoru segmentā un arī šogad ir guvis zināmus panākumus ar Atom un Core bāzes planšetdatoriem un kabrioletiem. Sīkāku informāciju pārrunāšu, kad nākamajā ziņojumā nonākšu pie atsevišķiem procesora pārdevējiem.

Intel tradicionālais konkurents x86 procesoros, AMD, piedalījās arī Mobile World Congress, parādot savu gaidāmo procesoru Temash, kura mērķis ir Windows planšetdatori un hibrīdi. Tas būs pieejams gan divkodolu, gan četrkodolu versijā, un AMD demonstrēja demonstrācijas par to, kā tas pārspēj esošo Clover Trail platformu. Plānots, ka tas tiks izlaists 2013. gada pirmajā pusē. AMD vēl nav tālruņa platformas.

Otra CPU arhitektūra, ko mēs esam redzējuši mobilajās ierīcēs, nāk no MIPS, kuru nesen iegādājās Imagination Technologies. MIPS piedāvā trīs līmeņus ar savu Aptiv procesoru kodolu saimi, ieskaitot Pro-Aptiv līniju, kas paredzēta lietojumprogrammu procesoriem. Iztēles amatpersonas atzīmē, ka MIPS 20 gadus ir pārdevis 64 bitu serdeņus, un saka, ka uzņēmuma mērķis ir nākamo četru līdz piecu gadu laikā piegādāt 25 procentus no visiem procesora kodoliem. Pagaidām lielākā daļa MIPS procesoru nonāk tādos tirgos kā tīklošana, infrastruktūra un televizora pierīces, bet Ingenic patiešām izgatavo mobilo ierīču procesoru, un uzņēmums cer redzēt lielāku uzsvaru šajā jomā. MIPS nesen paziņoja par jaunu arhitektūras versiju, kuras nosaukums ir V5, un sākotnējās mikroshēmas sagaidīs šī gada vēlāk.

Grafika: Pārsteidzošs konkurss

Ja ARM dominē mobilo lietojumprogrammu kodolos, Imagination Technologies ir dominējuši mobilās grafikas kodolos, lai arī tā saskaras ar pieaugošu konkurenci.

Iztēle mūsdienās galvenokārt tiek pārstāvēta, izmantojot savu PowerVR 5. sēriju, ieskaitot tās 5XT paplašinājumu, kas pievieno dažas iespējas, kas ļauj OpenGL ES 3.0. Mūsdienīgākais ir SGX 544MP4 - "4" norāda grafisko kodolu skaitu. Daudzi uzņēmumi atbalsta Imagination grafiku, tostarp Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner un Texas Instruments. Lai gan Apple to parasti neapstiprina, pašreizējam iPad A6X procesoram ir četrkodolu PowerVR SGX 554MP4 grafika. (Iztēle to parādīja savā kabinetā Mobile World Congress.) Uzņēmums vēlāk apstiprināja, ka Samsung Exynos 5410 Octa izmanto arī šos grafiskos attēlus.

Virzoties uz priekšu, uzņēmums reklamē PowerVR 6. sēriju, kas sākotnēji atbalstīs DirectX 10 un Open GL ES 3.0. Tas tiks piedāvāts ar vienu līdz sešām grafiku kopām, sākot no G6100 un beidzot ar augstākā līmeņa 6630. Imagination saka, ka tai ir 10 VR6 grafikas licenču īpašnieki.

Iztēle palielina arī atsevišķu grafisko iespēju tās PowerVR video kodolu veidā, kas ietver video atkodēšanu un kodēšanu. Uzņēmums saka, ka tā licenciāti ir nosūtījuši vairāk nekā 500 miljonus šo serdeņu.

Starp licencējamām grafikām Imagination lielākais konkurents ir ARM, kas piedāvā savus Mali GPU (grafikas apstrādes blokus) serdeņus. ARM saka, ka tam tagad ir 75 licences saņēmēji, un sagaida, ka 2013. gadā 240 miljoni procesoru piegādās šo tehnoloģiju. Jo īpaši uzņēmums demonstrēja, kā kombināciju var izmantot tādām lietām kā GPU skaitļošana, skaitļošanas fotogrāfijas demonstrēšana, sejas noteikšana, un reāllaika spēles.

Mali saimei ir vairākas pakāpes, ieskaitot Mali-400 un -450 saimes, kas galvenokārt paredzētas viedtālruņiem masu tirgū, un Mali-T600 saime, kas vairāk vērsta uz augstākās klases ierīcēm.

Starp uzņēmumiem, kas izmanto Mali serdeņus, ir Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner un Rockchip. Ja pamanāt zināmu pārklāšanos ar Iztēļu sarakstu, tas ir tāpēc, ka daži uzņēmumi dažādos procesoros izmanto atšķirīgu grafiku.

Bet, iespējams, lielākie konkurenti licencējamiem grafikas kodoliem ir unikālā grafika, ko iestrādā daudzi lietojumprogrammu procesora veidotāji. Qualcomm, iespējams, ir bijis visveiksmīgākais, plaši izmantojot savu Adreno grafiku savā Snapdragon procesoru saimē. Tam ir arī dažādas garšas, atkarībā no tirgus, kuram mikroshēma ir paredzēta. Nvidia, iespējams, ir paveicis visvairāk, izmantojot grafiku kā diferenciatoru, runājot par savu GeForce grafiku un kā tas ir pārņēmis personālo datoru spēļu mantojumu un pielietojis to mobilajiem procesoriem. Broadcom ir arī sava multimediju tehnoloģija, kas pazīstama kā VideoCore.

Sīkāk apskatīšu konkrētos mikroshēmu pārdevējus nākamajā ziņojumā.