Mobilchipproducenter: de grundlæggende byggesten

Mens du kan argumentere for, at markedet for desktop- og notebook-processorer er blevet ret begrænset og forudsigeligt for nylig, er markedet for applikationsprocessorer til mobiltelefoner og tablets stadig et ekstremt levende marked med mere end et dusin konkurrenter. Disse processorer bevæger sig ret hurtigt, med sidste års store nye funktion - quad-core applikationsprocessorer - bliver almindelig i år.

Jeg har fulgt, hvor processorer er på vej, og hvordan de skal udvikle sig i det kommende år. I de næste par indlæg skal jeg skrive om de specifikke processorer, men lad os starte med at se på de komponenter, der går ind i chips.

De grundlæggende byggesten

Alle mobile processorer inkluderer både CPU-kerner og grafiske kerner; mest indeholder nogle forbindelsesfunktioner og / eller basebandhardware til at oprette forbindelse til et mobilnetværk. (Selv da kræver telefoner normalt en separat RF-chip til tilslutninger plus en separat tilslutnings-chip til ting som Wi-Fi og Bluetooth.)

En af grundene til, at der er så meget konkurrence i det mobile rum, er, at langt de fleste processorer til telefoner og tablets er bygget på en vis iteration af ARM-arkitekturen, enten ved hjælp af kerner, som ARM Holdings selv designer, eller brugerdefinerede kerner, der er bygget ved hjælp af en "arkitektonisk licens", herunder Qualcomm (med sin "Krait" -kerne) og Apple i det mobile rum.

Der er selvfølgelig konkurrerende arkitekturer. Intel forsøger at skubbe til x86-arkitekturen, der har været så populær på desktops og notebooks, og Imagination Technologies har også sin nyligt erhvervede MIPS-arkitektur (mere om det senere). Stadig dominerer ARM virkelig markedet for mobile CPU-kerner.

Grafik er noget mere forskelligartet. Den bedst kendte tredjepartsudbyder af grafisk IP er Imagination Technologies. Dens Power VR-familie bruges i en lang række processorer, herunder dem fra Intel og Apple. ARM har konkurreret med sin Mali-familie med grafikkerner, og en række chipmakere skaber deres egen grafik, herunder Qualcomm med sin Adreno-grafik og Nvidia med sin GeForce-grafik.

ARM-kerner overalt

ARM fremstiller faktisk et antal forskellige kerner, lige fra små små kerner, der bruges i alle slags enheder til Cortex-serien, der typisk ses i mobile processorer. Selv her er der forskellige valgmuligheder, lige fra Cortex-A9 (brugt i de fleste af dagens telefoner) til den nye mere kraftfulde Cortex-A15 og den lille, effektive Cortex-A7.

Cortex-A9 har været hjertet i de fleste tredjeparts applikationskerner i de sidste par år, skønt mange af applikationsprocessorproducenterne i år går over til nyt design. Mange er baseret på Cortex-A15, som var designet til højere ydelse, og / eller Cortex-A7, som var designet til at bruge mindre strøm. A15 har en 40-bit fysisk adresserum, skønt individuelle tråde kun har adgang til 32-bit, og den tilbyder en ny arkitektur, der burde være mere kraftfuld. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson og Texas Instruments har alle annonceret planer for processorer, der bruger denne kerne.

Cortex-A7 er interessant, da den var designet til at bruge betydeligt mindre strøm og være betydeligt mindre end Cortex-A9. Som du kan se i diagrammet ovenfor, kan en 28 nm implementering af Cortex-A7 være lille - mindre end en halv kvadrat millimeter - og kun bruge cirka en tredjedel af kraften i en 40nm Cortex-A9. Selvom det kan variere en smule efter implementering, forventes det, at hver A7-kerne generelt bruger mindre end 100 milliwatt strøm sammenlignet med en top til 200 til 300 milliwatt for en A9, og op til 500 milliwatt for en A15.

Men ARMs største skub er for det, det kalder en stor.LITTLE-arkitektur, der parrer A7 og A15. I en sådan konstruktion kunne en chip have flere kerner i hver arkitektur, med kerner med lavere effekt, der kører det meste af tiden, og chippen skifter til kerner med højere effekt, når den har brug for den ekstra ydelse, måske mens du kører en kompleks beregning inde et spil eller endda kompliceret JavaScript på en webside.

Aktuelt annoncerede licenshavere af den kombinerede arkitektur inkluderer CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile og Samsung Electronics. Den første meddelelse om dette var Samsungs Exynos 5 Octa, men andre leverandører som Renesas ser ud til at være tæt bagpå. På udstillingen demonstrerede ARM, hvordan den store.LITTLE-kombination kan spare energi.

A15 og A7 vil blive fulgt af Cortex-A57 og A53, som også vil blive sammenføjet i et stort.LITTLE-skema, hvor laveffekt A53 kører det meste af tiden, men A57 tilgængelig, når der kræves mere strøm. Selvom disse begge er 64-bit-kompatible processorer, kører de oprindeligt med 32-bit operativsystemer, som ikke kan adressere mere end 4 GB, grænsen for 32-bit processorer under de fleste omstændigheder. (Disse kerner finder også vej ind i processorer rettet mod servermarkedet, hvor større hukommelse er nødvendig.)

Men vi ser ikke kun én tilgang. Det ser ud til, at hver processorudbyder har en anden tilgang til deres avancerede processorer. Samsung og Renesas tilbyder fire A15'er og fire A7'er. Nvidia skubber fire fulde A15'er plus en lavt strømstyret kerne. MediaTek og andre bruger blot fire A7'er. ST-Ericsson reklamerer for A9-kerner, men med en hurtigere hastighed.

Og så er der de virksomheder, der har "arkitektoniske licenser." Disse giver hovedsageligt virksomhederne mulighed for at oprette kerner, der har unikke funktioner, men som stadig er kompatible med ARM-arkitekturen. Denne arkitektur - faktisk instruktionssættet - har selv haft flere variationer, hvor A9, A7 og A15 alle bruger det, der kaldes ARMv7. Den kommende A53 og A57 bruger en nyere variation, der understøtter 64-bit computing, kendt som ARMv8.

Mange virksomheder har arkitektoniske licenser. Den mest kendte er måske Qualcomm, der bruger sin "Krait" -kerne i de fleste af sine nuværende processorer (selvom de bruger A7'er i den lave ende). Krait er en ARMv7-kompatibel kerne. Marvell designer sine egne kerner i sin Armada-serie af processorer. Apple afslører ikke de fleste detaljer om sine processorer, men menes at have designet sine egne kerner til sine A6- og A6X-processorer til iPhone og iPad. De første processor-kerner, der er ARMv8-kompatible, findes sandsynligvis i serverchips som AppliedMicro X-Gene, men det er sandsynligt, at mange af de andre virksomheder, der fremstiller ARM-kompatible kerner, følger efter. For eksempel har Nvidia annonceret planer om at oprette sin egen kerne kaldet "Project Denver" til en mobil processor, der skulle ud i 2015.

Alternativerne x86 og MIPS

Mens ARM-arkitekturen dominerer mobiltelefoner og tablets, er der alternativer. Intel har lavet mest støj for nylig med en serie produkter og en køreplan for sin Atom-familie rettet mod mobile enheder. Virksomheden viste frem en ny processor, der var rettet mod den lave ende af smartphonemarkedet kaldet Z2420 (kodenavnet Lexington) på CES i januar, og på Mobile World Congress afsløret sin Clover Trail + -platform, ledet af dual-core / fire- gevind Atom Z2580, kører med op til 2GHz.

Mens virksomheden har vist Atom-baserede telefoner i nogen tid, har sådanne telefoner først i det forgangne ​​år virkelig gjort det muligt at markedsføre. Intel siger, at det nu har 10 design af mobiltelefoner, der er baseret på sin Atom-chip i mere end 20 lande, og har udråbt sådanne funktioner som HDR-kamerastøtte uden bevægelsessløring. Intels nuværende Atom-processorer er lavet på 32nm-teknologi, men virksomheden har planer om at flytte til den 22nm FinFET-teknologi, den bruger i sine Core-processorer omkring slutningen af ​​året. Selvfølgelig har Intel længe domineret notebook-segmentet og har også gjort nogle fremskridt med Atom- og Core-baserede tablets og cabrioleter også i år. Jeg vil diskutere detaljerne, når jeg kommer til de enkelte processor-leverandører i det næste indlæg.

Intels traditionelle rival i x86-processorer, AMD, var også på Mobile World Congress og viser Temash, dens kommende processor rettet mod Windows-tabletter og hybrider. Dette vil være tilgængeligt i både dual-core og quad-core version, og AMD viste demoer om, hvordan det overgik den eksisterende Clover Trail-platform. Dette forventes at være ude i første halvår af 2013. AMD har endnu ikke en telefonplatform.

Den anden CPU-arkitektur, vi har set på mobile enheder, kommer fra MIPS, som for nylig blev erhvervet af Imagination Technologies. MIPS tilbyder tre niveauer med sin Aptiv-familie af processor-kerner, herunder Pro-Aptiv-linien rettet mod applikationsprocessorer. Fantasi-embedsmænd bemærker, at MIPS har solgt 64-bit-kerner i 20 år og siger, at virksomheden har et mål om at sende 25 procent af alle CPU-kerner i de næste fire-til-fem år. For tiden går hovedparten af ​​MIPS-processorer på markeder som netværk, infrastruktur og set-top-bokse, men Ingenic laver en processor til mobile enheder, og virksomheden forventer at se mere vægt på dette område. MIPS annoncerede for nylig en ny version af arkitekturen, kaldet V5, og forventer at se de første chips senere på året.

Grafik: Overraskende konkurrence

Hvis ARM dominerer i mobilapplikationskerner, har Imagination Technologies domineret inden for mobile grafikkerner, selvom det har været stigende konkurrence.

Fantasi i dag er hovedsageligt repræsenteret gennem sin PowerVR-serie 5, inklusive dens 5XT-udvidelse, der tilføjer nogle funktioner, der muliggør OpenGL ES 3.0-kapaciteter. High-end i dag er SGX 544MP4 - "4" angiver antallet af grafiske kerner. Mange virksomheder understøtter Imagination-grafik, herunder Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner og Texas Instruments. Selvom Apple generelt ikke bekræfter det, har den nuværende iPad's A6X-processor quad-core PowerVR SGX 554MP4-grafik. (Fantasi viste dette ved sit stand på Mobile World Congress.) Virksomheden bekræftede senere, at Samsung Exynos 5410 Octa også bruger denne grafik.

Fremadrettet reklamerer virksomheden for PowerVR-serien 6, som naturligt vil støtte DirectX 10 og Open GL ES 3.0. Dette tilbydes med mellem en og seks klynger af grafik, der spænder fra G6100 til top-end 6630. Imagination siger, at den har 10 licenshavere til VR6-grafik.

Imagination skubber også en separat grafikfunktion i form af dens PowerVR-videokerner, der inkluderer videodekodning og -kode. Virksomheden siger, at dets licenshavere har sendt mere end 500 millioner af disse kerner.

Blandt licensbar grafik er Imaginations største konkurrent ARM, der tilbyder sine Mali GPU'er (grafikbehandlingsenheder) kerner. ARM siger, at det nu har 75 licenser til dette og forventer, at 240 millioner processorer vil sende med denne teknologi i 2013. Virksomheden trompetterede især, hvordan kombinationen kan bruges til ting som GPU-computing, demonstration af computerfotografering, ansigtsregistrering, og realtidsspil.

Inden for Mali-familien er der flere gradueringer, herunder Mali-400 og -450-familierne, der hovedsageligt er rettet mod massemarkeds-smartphones og Mali-T600-familien, der sigter mere mod den høje ende.

Blandt de virksomheder, der bruger Mali-kerner, er Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner og Rockchip. Hvis du bemærker en vis overlapning med Imagination-listen, skyldes det, at nogle virksomheder bruger forskellige grafik i forskellige processorer.

Men måske er de største konkurrenter til licensbare grafiske kerner den unikke grafik, som mange af applikationsprocessorproducenterne inkorporerer. Qualcomm har sandsynligvis været den mest succesrige ved hjælp af sin Adreno-grafik i vid udstrækning i sin Snapdragon-familie af processorer. Dette kommer også i forskellige varianter, afhængigt af det marked, som chippen er beregnet til. Nvidia har sandsynligvis gjort det mest ved at bruge grafik som en differentierende, ved at tale om sin GeForce-grafik og hvordan den har taget sin pc-spilarv og anvendt dette til mobile processorer. Broadcom har også sin egen multimedieteknologi, kendt som VideoCore.

Jeg vil dække de specifikke chip-leverandører mere i mit næste indlæg.