Mobiele chipmakers: de basisbouwstenen

Hoewel je kunt beweren dat de markt voor desktop- en notebook-processors de laatste tijd vrij beperkt en voorspelbaar is geworden, blijft de markt voor applicatie-processors voor mobiele telefoons en tablets een extreem levendige markt met meer dan een dozijn concurrenten. Deze processors zijn vrij snel in beweging, waarbij de grote nieuwe functie van vorig jaar - quad-core applicatieprocessors - dit jaar gemeengoed wordt.

Ik heb gevolgd waar de processors naartoe gaan en hoe ze het komende jaar moeten evolueren. In de volgende paar berichten zal ik over de specifieke processors schrijven, maar laten we eerst kijken naar de componenten die in de chips gaan.

De basisbouwstenen

Alle mobiele processors omvatten zowel CPU-cores als grafische cores; de meeste bevatten enkele connectiviteitsfuncties en / of basisbandhardware voor verbinding met een mobiel netwerk. (Zelfs dan hebben telefoons meestal een afzonderlijke RF-chip nodig voor verbindingen, plus een afzonderlijke verbindingschip voor zaken als wifi en Bluetooth.)

Eén reden waarom er zoveel concurrentie is in de mobiele ruimte, is dat de overgrote meerderheid van processors voor telefoons en tablets zijn gebaseerd op een iteratie van de ARM-architectuur, hetzij met kernen die ARM Holdings zelf ontwerpt, of aangepaste kernen die zijn gebouwd met behulp van een "bouwkundige licentie", met name met inbegrip van Qualcomm (met zijn "Krait" -kern) en Apple in de mobiele ruimte.

Natuurlijk zijn er concurrerende architecturen. Intel probeert de x86-architectuur te pushen die zo populair is in desktops en notebooks en Imagination Technologies heeft ook de recent verworven MIPS-architectuur (waarover later meer). Toch domineert ARM echt de markt voor mobiele CPU-cores.

Graphics is iets meer divers. De bekendste externe aanbieder van grafische IP is Imagination Technologies. De Power VR-familie wordt gebruikt in een breed scala aan processors, waaronder die van Intel en Apple. ARM concurreert met zijn Mali-familie van grafische cores en een aantal chipmakers maken hun eigen graphics, waaronder Qualcomm met zijn Adreno-graphics en Nvidia met zijn GeForce-graphics.

ARM-kernen overal

ARM maakt eigenlijk een aantal verschillende cores, variërend van kleine kernen die in allerlei apparaten worden gebruikt tot de Cortex-serie die meestal wordt gezien in mobiele processors. Zelfs hier zijn er verschillende keuzes, variërend van de Cortex-A9 (gebruikt in de meeste telefoons van vandaag) tot de nieuwe, krachtigere Cortex-A15 en de kleine, energiezuinige Cortex-A7.

De Cortex-A9 is de afgelopen jaren het hart van de meeste applicatiekernen van derden geweest, hoewel dit jaar veel van de makers van applicatiesprocessen verhuizen naar nieuwe ontwerpen. Velen zijn gebaseerd op de Cortex-A15, die is ontworpen voor hogere prestaties, en / of de Cortex-A7, die is ontworpen om minder stroom te verbruiken. De A15 heeft een 40-bits fysieke adresruimte, hoewel afzonderlijke threads alleen toegang hebben tot 32-bits en biedt een nieuwe architectuur die krachtiger zou moeten zijn. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson en Texas Instruments hebben allemaal plannen aangekondigd voor processors die deze kern gebruiken.

De Cortex-A7 is interessant, omdat deze is ontworpen om aanzienlijk minder stroom te verbruiken en aanzienlijk kleiner te zijn dan de Cortex-A9. Zoals u in de bovenstaande grafiek kunt zien, kan een 28nm-implementatie van de Cortex-A7 klein zijn - minder dan een halve vierkante millimeter - en slechts ongeveer een derde van de kracht van een 40nm Cortex-A9 gebruiken. Hoewel het per implementatie enigszins kan variëren, wordt in het algemeen verwacht dat elke A7-kern minder dan 100 milliwatt vermogen gebruikt, vergeleken met een piek van 200 tot 300 milliwatt voor een A9 en tot 500 milliwatt voor een A15.

Maar ARM's grootste push is voor wat het een big.LITTLE-architectuur noemt, die de A7 en de A15 combineert. In een dergelijk ontwerp kan een chip meerdere cores in elke architectuur hebben, waarbij de cores met een lager vermogen meestal draaien en de chip overschakelt naar de cores met een hoger vermogen wanneer het de extra prestaties nodig heeft, misschien tijdens het uitvoeren van een complexe berekening binnen een spel, of zelfs gecompliceerde JavaScript in een webpagina.

Momenteel aangekondigde licentiehouders van de gecombineerde architectuur zijn CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile en Samsung Electronics. De eerste aankondiging hiervan was de Exynos 5 Octa van Samsung, maar andere leveranciers zoals Renesas lijken dichtbij te zijn. Tijdens de show demonstreerde ARM hoe de big.LITTLE-combinatie energie kan besparen.

De A15 en A7 worden gevolgd door de Cortex-A57 en A53, die ook worden samengevoegd in een big.LITTLE-schema, waarbij de laagvermogen A53 meestal draait, maar de A57 beschikbaar wanneer meer vermogen nodig is. Hoewel dit beide 64-bit-compatibele processors zijn, werken ze in eerste instantie met 32-bit besturingssystemen, die onder de meeste omstandigheden niet meer dan 4 GB kunnen adresseren. (Deze cores zullen ook hun weg vinden naar processors die zijn gericht op de servermarkt, waar meer geheugen nodig is.)

Maar we zien niet slechts één aanpak. Het lijkt erop dat elke processorverkoper een andere aanpak heeft voor zijn high-end processors. Samsung en Renesas bieden vier A15's en vier A7's. Nvidia duwt vier full-power A15's plus een low-power core. MediaTek en anderen gebruiken gewoon vier A7's. ST-Ericsson promoot A9-kernen, maar met een hogere snelheid.

En dan zijn er de bedrijven die "bouwkundige vergunningen" hebben. Hiermee kunnen de bedrijven in wezen cores maken met unieke functies, maar die nog steeds compatibel zijn met de ARM-architectuur. Die architectuur - in feite de instructieset - heeft zelf meerdere variaties gehad, waarbij de A9, A7 en A15 allemaal gebruik maakten van wat bekend staat als ARMv7. De komende A53 en A57 gebruiken een nieuwere variant die 64-bit computing ondersteunt, bekend als ARMv8.

Veel bedrijven hebben bouwkundige vergunningen. Misschien wel de bekendste is Qualcomm, dat zijn kern "Krait" in de meeste van zijn huidige processors gebruikt (hoewel A7s aan de lage kant wordt gebruikt). Krait is een ARMv7-compatibele kern. Marvell ontwerpt zijn eigen cores in zijn Armada-lijn van processors. Apple onthult de meeste details van zijn processors niet, maar men denkt dat het zijn eigen cores heeft ontworpen voor zijn A6- en A6X-processors voor de iPhone en iPad. De eerste processorcores die ARMv8-compatibel zijn, zitten waarschijnlijk in serverchips zoals de AppliedMicro X-Gene, maar het is waarschijnlijk dat veel van de andere bedrijven die ARM-compatibele cores volgen, zullen volgen. Nvidia heeft bijvoorbeeld plannen aangekondigd om een ​​eigen kern te creëren met de naam "Project Denver" voor een mobiele processor die in 2015 uitkomt.

De x86- en MIPS-alternatieven

Hoewel de ARM-architectuur mobiele telefoons en tablets domineert, zijn er alternatieven. Intel maakt de laatste tijd het meeste lawaai met een reeks producten en een routekaart voor zijn Atom-familie gericht op mobiele apparaten. Het bedrijf toonde op CES in januari een nieuwe processor gericht op de onderkant van de smartphonemarkt genaamd de Z2420 (codenaam Lexington), en op Mobile World Congress onthulde het Clover Trail + platform, geleid door de dual-core / vier- draad Atom Z2580, met een snelheid tot 2 GHz.

Hoewel het bedrijf al geruime tijd Atom-gebaseerde telefoons laat zien, zijn dergelijke telefoons pas het afgelopen jaar echt op de markt gekomen. Intel zegt dat het nu 10 ontwerpen van mobiele telefoons heeft gebaseerd op zijn Atom-chip in meer dan 20 landen, en heeft al functies aangeprezen als ondersteuning voor HDR-camera's zonder bewegingsonscherpte. De huidige Atom-processors van Intel zijn gemaakt op 32nm-technologie, maar het bedrijf is van plan om tegen het einde van het jaar over te schakelen naar de 22nm FinFET-technologie die het in zijn Core-processors gebruikt. Natuurlijk domineert Intel al lang het notebooksegment en heeft ook dit jaar enige vooruitgang geboekt met op Atom en Core gebaseerde tablets en convertibles. Ik zal de details bespreken wanneer ik in het volgende bericht bij de individuele processorverkopers kom.

De traditionele rivaal van Intel in x86-processors, AMD, was ook op Mobile World Congress, met Temash, de aankomende processor gericht op Windows-tablets en hybriden. Dit zal beschikbaar zijn in zowel dual-core als quad-core versie en AMD liet demo's zien van hoe het beter presteerde dan het bestaande Clover Trail-platform. Volgens planning zal dit in de eerste helft van 2013 uitkomen. AMD heeft nog geen telefoonplatform.

De andere CPU-architectuur die we in mobiele apparaten hebben gezien, is afkomstig van MIPS, dat onlangs is overgenomen door Imagination Technologies. MIPS biedt drie niveaus met zijn Aptiv-reeks processorkernen, inclusief de Pro-Aptiv-lijn gericht op applicatieprocessors. Verbeeldingsambtenaren merken op dat MIPS al 20 jaar 64-bits cores verkoopt en zeggen dat het bedrijf de doelstelling heeft om 25 procent van alle CPU-cores de komende vier tot vijf jaar te verzenden. Voor nu gaan de meeste MIPS-processors naar markten zoals netwerken, infrastructuur en settopboxen, maar Ingenic maakt wel een processor voor mobiele apparaten en het bedrijf verwacht meer nadruk te leggen op dat gebied. MIPS heeft onlangs een nieuwe versie van de architectuur aangekondigd, V5 genaamd, en verwacht later dit jaar de eerste chips te zien.

Graphics: verrassende concurrentie

Als ARM domineert in cores voor mobiele applicaties, heeft Imagination Technologies gedomineerd in mobiele grafische cores, hoewel het geconfronteerd wordt met toenemende concurrentie.

Verbeelding vandaag wordt meestal vertegenwoordigd door zijn PowerVR-serie 5, inclusief de 5XT-extensie die enkele mogelijkheden toevoegt die OpenGL ES 3.0-mogelijkheden mogelijk maken. De high-end vandaag is de SGX 544MP4 - de "4" geeft het aantal grafische cores aan. Veel bedrijven ondersteunen verbeeldingsgrafieken, waaronder Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner en Texas Instruments. Hoewel Apple dit over het algemeen niet bevestigt, heeft de huidige A6X-processor van de iPad quad-core PowerVR SGX 554MP4-grafische kaart. (Verbeelding liet dit zien op haar stand op Mobile World Congress.) Het bedrijf bevestigde later dat de Samsung Exynos 5410 Octa die afbeeldingen ook gebruikt.

In de toekomst promoot het bedrijf PowerVR-serie 6, die native DirectX 10 en Open GL ES 3.0 ondersteunt. Dit wordt aangeboden met een tot zes grafische clusters, variërend van de G6100 tot de top 6630. De verbeelding zegt dat het 10 licentiehouders heeft voor VR6-graphics.

Verbeelding duwt ook een aparte grafische mogelijkheid in de vorm van zijn PowerVR-videokernen, inclusief videodecoderen en coderen. Het bedrijf zegt dat zijn licentienemers meer dan 500 miljoen van deze kernen hebben verzonden.

Onder de licentiegerichte grafische afbeeldingen is de grootste concurrent van Imagination ARM, die zijn Mali GPU's (grafische verwerkingseenheden) kernen aanbiedt. ARM zegt dat het hier nu 75 licentiehouders voor heeft en verwacht dat 240 miljoen processors met deze technologie in 2013 zullen worden geleverd. Het bedrijf heeft met name gepromoveerd hoe de combinatie kan worden gebruikt voor zaken als GPU computing, demonstratie van computerfotografie, gezichtsherkenning, en realtime gaming.

Binnen de Mali-familie zijn er verschillende gradaties, waaronder de Mali-400- en -450-families die vooral gericht zijn op smartphones voor de massamarkt en de Mali-T600-familie die meer gericht is op het hogere segment.

Onder de bedrijven die Mali-kernen gebruiken zijn Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner en Rockchip. Als u enige overlap met de verbeeldingslijst opmerkt, komt dat omdat sommige bedrijven verschillende afbeeldingen in verschillende processors gebruiken.

Maar misschien zijn de grootste concurrenten van grafische cores met een licentie de unieke graphics die veel van de makers van applicatieprocessors bevatten. Qualcomm is waarschijnlijk de meest succesvolle geweest, met behulp van zijn Adreno-graphics uitgebreid in zijn Snapdragon-familie van processors. Dit komt ook in verschillende smaken, afhankelijk van de markt waarvoor de chip is bedoeld. Nvidia heeft waarschijnlijk het meeste gedaan in het gebruik van grafische afbeeldingen als een onderscheidende factor, over zijn GeForce-grafische kaart en hoe het zijn erfenis van pc-gaming heeft overgenomen en dit heeft toegepast op mobiele processors. Broadcom heeft ook zijn eigen multimediatechnologie, ook bekend als VideoCore.

Ik zal de specifieke chipleveranciers meer behandelen in mijn volgende bericht.