Produttori di chip mobili: i mattoni di base

Mentre si può sostenere che il mercato dei processori per desktop e notebook è diventato recentemente abbastanza limitato e prevedibile, il mercato dei processori di applicazioni per telefoni cellulari e tablet rimane un mercato estremamente vivace con oltre una dozzina di concorrenti. Questi processori si stanno muovendo abbastanza rapidamente, con la nuova grande funzionalità dello scorso anno, i processori di applicazioni quad-core, che diventano comuni quest'anno.

Ho seguito dove sono diretti i processori e come dovrebbero evolversi nel prossimo anno. Nei prossimi post, scriverò sui processori specifici, ma iniziamo esaminando i componenti che vanno nei chip.

I mattoni di base

Tutti i processori mobili includono sia core CPU che core grafici; la maggior parte contenente alcune funzionalità di connettività e / o hardware in banda base per la connessione a una rete mobile. (Anche allora, di solito i telefoni richiedono un chip RF separato per le connessioni, oltre a un chip di connettività separato per cose come Wi-Fi e Bluetooth.)

Uno dei motivi per cui c'è così tanta concorrenza nello spazio mobile è che la stragrande maggioranza dei processori per telefoni e tablet si basa su una iterazione dell'architettura ARM, sia usando core progettati da ARM Holdings, sia core personalizzati che sono stati creati usando "licenza architettonica", in particolare includendo Qualcomm (con il suo nucleo "Krait") e Apple nello spazio mobile.

Certo, ci sono architetture concorrenti. Intel sta cercando di spingere l'architettura x86 che è stata così popolare in desktop e notebook e Imagination Technologies ha anche la sua architettura MIPS acquisita di recente (ne parleremo più avanti). Tuttavia, ARM domina davvero il mercato dei core di CPU mobili.

La grafica è leggermente più diversificata. Il fornitore di terze parti più noto di IP grafico è Imagination Technologies. La sua famiglia Power VR è utilizzata in un'ampia varietà di processori, inclusi quelli di Intel e Apple. ARM ha fatto concorrenza alla sua famiglia di core grafici Mali e un certo numero di chipmaker ha creato la propria grafica, tra cui Qualcomm con la sua grafica Adreno e Nvidia con la sua grafica GeForce.

ARM Core ovunque

ARM produce in realtà un numero di core diversi, che vanno dai minuscoli core utilizzati in tutti i tipi di dispositivi alla serie Cortex che si vede in genere nei processori mobili. Anche qui, ci sono una varietà di scelte che vanno dal Cortex-A9 (utilizzato nella maggior parte dei telefoni di oggi) al nuovo più potente Cortex-A15 e al piccolo ed efficiente Cortex-A7.

Cortex-A9 è stato il cuore della maggior parte dei core di applicazioni di terze parti negli ultimi due anni, anche se quest'anno molti dei produttori di processori di applicazioni stanno passando a nuovi progetti. Molti si basano su Cortex-A15, progettato per prestazioni più elevate, e / o Cortex-A7, progettato per utilizzare meno energia. L'A15 ha uno spazio di indirizzamento fisico a 40 bit, sebbene i singoli thread possano accedere solo a 32 bit e offre una nuova architettura che dovrebbe essere più potente. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson e Texas Instruments hanno tutti annunciato piani per processori che utilizzano questo core.

Il Cortex-A7 è interessante, poiché è stato progettato per utilizzare una quantità di energia significativamente inferiore ed essere notevolmente più piccolo del Cortex-A9. Come puoi vedere nella tabella sopra, un'implementazione a 28 nm di Cortex-A7 può essere minuscola - meno di mezzo millimetro quadrato - e usare solo circa un terzo della potenza di un Cortex-A9 a 40 nm. Sebbene possa variare leggermente in base all'implementazione, in generale ogni core A7 dovrebbe utilizzare meno di 100 milliwatt di potenza, rispetto a un picco da 200 a 300 milliwatt per un A9 e fino a 500 milliwatt per un A15.

Ma la più grande spinta di ARM è per quella che chiama una grande architettura PICCOLA, che abbina la A7 e la A15. In un tale progetto, un chip potrebbe avere più core in ogni architettura, con i core a potenza inferiore in esecuzione per la maggior parte del tempo e il chip passa ai core a potenza maggiore quando ha bisogno di prestazioni aggiuntive, magari durante l'esecuzione di un calcolo complesso all'interno un gioco o persino JavaScript complicato in una pagina web.

I licenziatari attualmente annunciati dell'architettura combinata includono CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile e Samsung Electronics. Il primo annuncio di questo è stato Samsung Exynos 5 Octa, ma altri venditori come Renesas sembrano essere vicini. Allo show, ARM ha dimostrato come la combinazione big.LITTLE può risparmiare energia.

A15 e A7 saranno seguiti da Cortex-A57 e A53, che saranno anche uniti in un grande schema PICCOLO, con A53 a bassa potenza in esecuzione per la maggior parte del tempo, ma A57 disponibile quando è necessaria più potenza. Sebbene siano entrambi processori a 64 bit, inizialmente funzioneranno con sistemi operativi a 32 bit, che non possono indirizzare più di 4 GB, il limite dei processori a 32 bit nella maggior parte dei casi. (Questi core troveranno spazio anche nei processori destinati al mercato dei server, dove è necessaria una memoria maggiore).

Ma non stiamo vedendo solo un approccio. Sembra che ogni fornitore di processori abbia un approccio diverso per i propri processori di fascia alta. Samsung e Renesas offrono quattro A15 e quattro A7. Nvidia sta spingendo quattro A15 a piena potenza più un core a bassa potenza. MediaTek e altri stanno usando semplicemente quattro A7. La ST-Ericsson promuove i core A9 ma a una velocità maggiore.

E poi ci sono le aziende che hanno "licenze di architettura". Questi essenzialmente consentono alle aziende di creare core con caratteristiche uniche, ma che sono ancora compatibili con l'architettura ARM. Quell'architettura - in effetti il ​​set di istruzioni - ha avuto diverse variazioni stesse, con A9, A7 e A15 che usano tutte ciò che è noto come ARMv7. I prossimi A53 e A57 utilizzano una variante più recente che supporta l'elaborazione a 64 bit, nota come ARMv8.

Molte aziende hanno licenze di architettura. Forse il più noto è Qualcomm, che utilizza il suo core "Krait" nella maggior parte dei suoi attuali processori (sebbene utilizzi gli A7 di fascia bassa). Krait è un core compatibile con ARMv7. Marvell progetta i propri core nella sua linea di processori Armada. Apple non rivela la maggior parte dei dettagli dei suoi processori ma si pensa che abbia progettato i propri core per i suoi processori A6 e A6X per iPhone e iPad. È probabile che i primi core di processore compatibili con ARMv8 si trovino in chip di server come AppliedMicro X-Gene, ma è probabile che molte altre aziende che realizzano core compatibili con ARM seguiranno l'esempio. Ad esempio, Nvidia ha annunciato l'intenzione di creare il proprio core chiamato "Project Denver" per un processore mobile in uscita nel 2015.

Le alternative x86 e MIPS

Mentre l'architettura ARM domina telefoni cellulari e tablet, ci sono alternative. Recentemente Intel ha prodotto il massimo rumore con una serie di prodotti e una roadmap per la sua famiglia Atom destinata ai dispositivi mobili. L'azienda ha presentato un nuovo processore destinato alla fascia bassa del mercato degli smartphone chiamato Z2420 (nome in codice Lexington) al CES a gennaio, e al Mobile World Congress ha presentato la sua piattaforma Clover Trail +, guidata dal dual-core / four- thread Atom Z2580, funzionante fino a 2GHz.

Mentre la società ha mostrato telefoni basati su Atom per un po 'di tempo, solo nell'ultimo anno tali telefoni sono davvero arrivati ​​sul mercato. Intel afferma che ora ha 10 design di telefoni cellulari basati sul suo chip Atom in oltre 20 paesi e ha pubblicizzato funzionalità come il supporto della fotocamera HDR senza motion blur. Gli attuali processori Atom di Intel sono realizzati con tecnologia a 32 nm, ma la società ha in programma di passare alla tecnologia FinFET a 22 nm che utilizza nei suoi processori Core verso la fine dell'anno. Ovviamente Intel ha da tempo dominato il segmento dei notebook e quest'anno ha fatto alcuni progressi con tablet e convertibili basati su Atom e Core. Discuterò i dettagli quando arriverò ai singoli fornitori di processori nel prossimo post.

Il tradizionale rivale di Intel nei processori x86, AMD, era anche al Mobile World Congress, mostrando Temash, il suo prossimo processore destinato a tablet e ibridi Windows. Questo sarà disponibile sia in versione dual-core che quad-core e AMD stava dimostrando come ha superato la piattaforma Clover Trail esistente. Questo dovrebbe uscire nella prima metà del 2013. AMD non ha ancora una piattaforma telefonica.

L'altra architettura della CPU che abbiamo visto nei dispositivi mobili proviene da MIPS, che è stata recentemente acquisita da Imagination Technologies. MIPS offre tre livelli con la sua famiglia di core di processore Aptiv, inclusa la linea Pro-Aptiv rivolta ai processori di applicazioni. I funzionari dell'immaginazione notano che MIPS ha venduto core a 64 bit per 20 anni e afferma che la società ha l'obiettivo di spedire il 25 percento di tutti i core della CPU nei prossimi quattro-cinque anni. Per ora, la maggior parte dei processori MIPS si rivolge a mercati come reti, infrastrutture e set-top box, ma Ingenic produce un processore per dispositivi mobili e l'azienda prevede di vedere maggiore enfasi in tale area. MIPS ha recentemente annunciato una nuova versione dell'architettura, chiamata V5, e prevede di vedere i chip iniziali entro la fine dell'anno.

Grafica: concorrenza sorprendente

Se ARM domina nei core di applicazioni mobili, Imagination Technologies ha dominato nei core di grafica mobile, sebbene abbia dovuto affrontare una concorrenza crescente.

L'immaginazione oggi è per lo più rappresentata attraverso la serie PowerVR 5, inclusa l'estensione 5XT che aggiunge alcune funzionalità che consentono le funzionalità OpenGL ES 3.0. La fascia alta oggi è SGX 544MP4, il "4" indica il numero di core grafici. Molte aziende supportano la grafica di immaginazione, tra cui Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner e Texas Instruments. Sebbene Apple generalmente non lo confermi, l'attuale processore A6X dell'iPad ha una grafica quad-core PowerVR SGX 554MP4. (L'immaginazione lo ha mostrato al suo stand al Mobile World Congress.) La società ha successivamente confermato che anche il Samsung Exynos 5410 Octa utilizza tali elementi grafici.

Andando avanti, l'azienda sta promuovendo la serie 6 di PowerVR, che supporterà nativamente DirectX 10 e Open GL ES 3.0. Questo sarà offerto con uno o sei cluster di grafica, che vanno dal G6100 al 6630 di fascia alta. L'immaginazione dice che ha 10 licenziatari per la grafica VR6.

L'immaginazione sta anche spingendo una capacità grafica separata sotto forma dei suoi core video PowerVR, che include decodifica e codifica video. La società afferma che i suoi licenziatari hanno spedito oltre 500 milioni di questi core.

Tra i grafici con licenza, il principale concorrente di Imagination è ARM, che offre i suoi core GPU Mali (unità di elaborazione grafica). ARM afferma che ora ha 75 licenziatari per questo e si aspetta che 240 milioni di processori verranno distribuiti con questa tecnologia nel 2013. In particolare, la società ha messo in discussione il modo in cui la combinazione può essere utilizzata per cose come il GPU computing, dimostrando la fotografia computazionale, il rilevamento dei volti, e giochi in tempo reale.

All'interno della famiglia Mali, ci sono diverse gradazioni, tra cui le famiglie Mali-400 e -450 rivolte principalmente agli smartphone del mercato di massa e la famiglia Mali-T600 mirava più alla fascia alta.

Tra le aziende che usano core Mali ci sono Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner e Rockchip. Se noti qualche sovrapposizione con l'elenco Imagination, ciò è dovuto al fatto che alcune aziende utilizzano grafici diversi in processori diversi.

Ma forse i maggiori concorrenti dei core grafici con licenza sono la grafica unica che incorporano molti produttori di processori di applicazioni. Qualcomm ha probabilmente avuto il maggior successo, usando ampiamente la sua grafica Adreno nella sua famiglia di processori Snapdragon. Anche questo è disponibile in diversi gusti, a seconda del mercato a cui è destinato il chip. Probabilmente Nvidia ha fatto il massimo nell'usare la grafica come elemento di differenziazione, parlando della sua grafica GeForce e di come ha preso il suo patrimonio di giochi per PC e applicato questo ai processori mobili. Broadcom ha anche una propria tecnologia multimediale, nota come VideoCore.

Tratterò maggiormente i venditori di chip specifici nel mio prossimo post.