Мобильные процессоры – обзор рынка

Отнюдь не каждый пользователь мобильных телефонов известных марок знает, что именно находится внутри. А ведь не всегда смартфон полностью придумала та компания, чье лого находится на его корпусе. Поэтому сегодня в нашей статье мы решили обратится к теме сердца любого коммуникатора – к процессорам и мобильным платформам, наиболее распространенным на сегодняшний момент. Также мы отметим перспективы будущего развития этого сегмента мобильных технологий.

С самого появления персональных электронных устройств человек постоянно искал методы уменьшения еще более сложных устройств, а также создания техники, которую можно перепрограммировать на ходу. Первыми из них были карманные калькуляторы – Casio, Электроника и прочие – и вне зависимости от их сложности, они все же были узкоспециализированными и простыми функционально, а перепрограммирование их требовало значительных усилий.

Время шло, и появились такие аппараты как пейджеры и сотовые телефоны – все еще простые и незатейливые устройства. К слову, последние по размеру и весу на тот момент напоминали строительные кирпичи, и в них сложно увидеть прародителей iPnone, HTC Touch и других представителей популярных марок.

Примерно в тоже время шел период устройств другого толка – выросших из калькуляторов и бумажного органайзера "электронных записных книжек". Они по сути были уже близки к ноутбукам, но имели гораздо меньший размер, неудобное управление и более бедный функционал. Вторым ответвлением от ноутбуков стали КПК – Карманные Персональные Компьютеры – более серьезные устройства, начавшие свой путь в 2001-2002 годах.

И вот в начале 21 века начался резкий скачок, сотовые телефоны становились все более сложными, а пейджеры и электронные книжки канули в лету за ненадобностью. А из сотовых телефонов родился новый класс устройств, объединивший в себе наибольшие возможности всех вышеперечисленных девайсов, став, так сказать, их эволюционным развитием – смартфоны. А первым официальным смартфоном стал Ericsson R380, появившийся на рынке в 2000 году. Еще он знаменателен тем, что был первым телефоном с сенсорным экраном, а управляющей ОС стала Symbian OS с поддержкой приложений сторонних разработчиков.

Что касается КПК, то они жили – не тужили до 2005-2006 годов, но научный прогресс неумолим, и миниатюризация вытеснила их активно развивающимся еще с 2003 года (тогда вышел первый официальный коммуникатор – Nokia 9210) гибридом – коммуникаторами. Отличие их от смартфонов скорее функционально-ценовое – увеличению подверглись как производительность и методы ввода, так и список поддерживаемых коммуникаций (по большей части, беспроводных) и приложений – ОС стали открытыми.

Но, тем не менее, оба класса уже далеко ушли от понятия "мобильный телефон" и, скорее, стали мобильными компьютерами, что и подтверждается их сложными "внутренностями". Мы еще поговорим об этом далее.

Краткий синопсис истории мобильных процессоров #

CISC & RISC – единство противоположностей #

А чтобы рассказать о мобильных процессорах, нам придется сначала обратится к процессорам компьютерным. А именно, к одном из принципов их функционирования и построения – CISC, Complex Instruction Set Computing или Расчеты со Сложным Набором Инструкций. Используется он практически во всей "настольной" компьютерной технике, а, в частности, во всех х86-платформах, но начиная с Intel Pentium 4 (а также Pentium D и Core) и поздних AMD Athlon, хотя если не ударятся в перечисление, то после архитектуры Intel486DX процессоры стали большей частью архитектуры гибридными (встроенный аппаратный транслятор процессора полностью преобразует внешние CISC-команды во внутренние RISC-инструкции для ядра), так что чистая CISC-архитектура на сегодняшний момент, в принципе, канула туда же, куда и пейджеры. Но это не так плохо, и сейчас Вы, уважаемые читатели, поймете почему.

Так вот, чуть позже, после развития CISC, в 1970-х годах инженеры и ученые компании IBM постепенно поняли, что большинство сложных инструкций, призванных помочь программистам, в CISC-процессорах просто простаивали без дела. Как правило, сложная инструкция делилась на несколько простых еще на стадии программирования, и выполнялась по частям на много быстрее – а в те времена в вычислительных центрах стояли очереди, пользовались услугами компьютерной техники лишь избранные, да и то по времени, а сам компьютер был огромен и прямо-таки пожирал электроэнергию. Да и цена процессора была заоблачной – сложные инструкции требовали сложного программирования ядра процессора и не менее сложно процесса проектирования оного.

В итоге, ученые почесали голову, почертили графики и формулы, и, наконец, "родили" принцип построение процессора RISC – Reduced Instruction Set Computer или Компьютер с Урезанным Набором Команд. Тут еще важно уловить разницу: если CISC – это методика построения расчетов (Computing), то RISC – это методика проектирования процессоров (Computer), хоть аббревиатуры и похожи.

К чему это привело? Эта концепция позволила:

• компактным и простым инструкциям выполняться быстрее – потому что даже мысля антропоморфически, понятно, что сказать слово быстрее, чем большое предложение;
• упростить архитектуру – а это привело к удешевлению процессора, повышению тактовой частоты;
• реализовать параллельные вычисления между несколькими блоками.

Но теория теорией, а вот реализация не так скора – первые RISC-процессоры были разработаны лишь в начале 1980-х годов. Произошло это знаменательное событие в Стэндфордском и Калифорнийском университетах США. Образцы выполняли от 50 до 100 команд, а обычные CISC'ки выполняли от 100 до 200 и были, в целом, медленнее. Однако уменьшения команд было мало для революционного прорыва, и особой популярностью чистые RISC-машины на тот момент не пользовались.

ARM – начало начал #

Так бы и стали жертвой научных игр RISC-процессоры, если бы не компания ARM Limited, разработавшая одноименную (а, вернее, компания названа по имени архитектуры) архитектуру ARM (Advanced RISC Machine — улучшенная RISC-машина, ранее – Acorn RISC Machine).

Не будем вдаваться в подробности разработки ARM и продвижения на рынок. Если обобщить, то история ее началась в 1990-х годах – тогда же была и основана сама компания, а разработанная 32-битная RISC-архитектура для микропроцессоров стала весьма популярна. Основной особенностью стали продвинутые технологии энергосбережения, а это открыло широкие возможности в областях встраиваемых систем – а это, в свою очередь, привело к доминированию на рынке мобильных устройств различных видов.

Строго говоря, сама компания ничегошеньки не производит, кроме чертежей, идей и лицензий на использование ее разработок в производстве. На данный момент по лицензиям предприимчивых британцев работают многие компании, а вот лишь некоторые из них – Atmel, Cirrus Logic, когда-то Intel (увы, 27 июня 2006 продали свои линии по производству компании Marvell), NXP , STMicroelectronics, Samsung, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia. Много знакомых и уважаемых имен, не так ли?

Но это отнюдь не удивительно – семейство ARM по примерным подсчётам заняло около 82% от всех 32-битных RISC-процессоров во встраиваемых системах. Тут нужно отдать должное британцам – если бы они сами производили свои процессоры, то не достигли бы таких объемов. А если бы и достигли, то их, как и всем известную Microsoft, таскали бы постоянно по судам антимонопольные организации.

И не удивительно – ведь ARM-процессоры есть и в КПК, и в сотовых телефонах, а также и в медиаплеерах, калькуляторах, сетевом оборудовании, компьютерной периферии и многом другом, тут можно говорить о захвате мирового рынка. Но не будем драматизировать и лучше посмотрим, как же развивается архитектура сейчас – как Вы, наверное, догадались, все мобильные процессоры как раз так и построены на ARM-архитектуре.

Крупнейшие ARM-производители #

Marvell Xscale – перспективное наследие от Intel #

Компания Marvell основана в 1995 году супружеской парой индонезийских эмигрантов, встретившихся в университете Беркли. Занимается она производством полупроводниковых чипов для устройств коммуникации, хранения и бытовой электроники. Продажи ее продуктов проводятся как через офисы компании, так и посредников по всему миру, а спектр оных достаточно широк.

Однако нас интересует прогресс компании в создании ARM-процессоров для мобильной техники. На 2009 год Marvell осуществила поставки на более чем 250 миллионов чипов в каждом отчетном квартале, причем большинство из них являются процессорными на базе ARM-архитектуры.

Итак, что же за процессоры производит Marvell? Основаны они на ядре XScale, разработаны были Intel и проданы этой самой Marvell. Вообще, ядро имеет несколько применений, но нас интересует лишь семейство чипов с префиксом PXA, улучшенное самой Marvell, хоть и на базе дизайна Intel, а именно PXA 3-й серии под кодовым именем Monahans.

Началось все в ноябре 2006 года – всего через 5 месяцев заключения сделки о покупке линии у Intel, хотя, на самом деле, линия оказалась в полной власти Marvell как раз в этом же ноябре – семейство Monahans было представлено широкой публике в виде процессоров с индексами PXA320, PXA300 и PXA310. Если говорить немного подробнее, то самым распространенным на момент написания статьи является PXA320, способный работать на тактовой частоте до 806 МГц.

Что касается PXA300/310, то у них достижения поскромнее – потолок до 624 МГц по частоте, но при этом полная совместимость с программами от PXA320.Однако не стоит недооценивать старенький Marvell PXA310/312, ведь на его базе работают такие аппараты, как BlackBerry 9700 Bold, General Mobile DSTL1 (также известный как Yuhua X2 или RoverPC Twin, серия телефонов от HKC – Prado, Mopad 8/E, G920 и G908.

Даже вся седьмая серия RoverPC (RoverPC pro G7, RoverPC X7 и RoverPC evo V7) и куча моделей от Samsung (Samsung i780, Samsung i900 Omnia, i907 Epix, i908 Omnia, i910 Omnia, SCH-M490/M495, SPH-M4800) – все они имеют внутри это процессорное ядро.

Так что можно смело заявить, что 600 миллионов Marvell потратила не зря. Выдающейся моделью сейчас является платформа Marvell Armada модели 500/600: тактовая частота ядра может достигать 1.2 ГГц у ARM-процессора "Sheeva", спаренного с GC-ускорителем графики Vivante.

Что же касается будущего, то компания планирует развивать свое четырехъядерное семейство, входящее в серию Marvell ARMADA, спроектированную в 2009 году на базе все той же ARM-архитектуры.

Qualcomm. Snapdragon – тяжелая артиллерия #

Компания Qualcomm была основана в 1985 году Ирвином Якобсом, Франклином Антонио и еще несколькими людьми. Изначально деятельность сконцентрировалась на коммуникациях, а именно на беспроводной связи. За время своего существования компания не раз продавала свои производства, стараясь сосредоточится именно на процессе разработки, чтобы потом передавать лицензии сторонним производителям.

Собственно процессоры Qualcomm начала выпускать в составе платформы Convergence Platform. Подавляющее большинство из них – состоящей из двуядерные модели с вычислительным ядром на базе ARM11 и контроллером на базе ARM9. Модели Qualcomm MSM7200, MSM7500 и MSM7600 были анонсированы в середине 2004 года. Отличались чипы лишь типами поддержки беспроводных сетей (WCDMA/UMTS/HSDPA, CDMA2000 и оба варианта в третьем чипе соответственно).

Как пример – в 2008 году вышел HTC Touch Diamond, а внутри него стоял процессор Qualcomm MSM7201A с тактовой частотой 528 МГц, и являющийся, как не сложно догадаться, модификацией вышеупомянутого MSM7200.

Вообще, ничего примечательного, обычные процессоры, но в конце 2008 года Qualcomm представила свою новейшую разработку (разумеется, не с нуля, читатель ведь помнит, что все архитектуры изначально разрабатывает компания ARM) под названием Snapdragon.

За этим кодовым обозначением таится семейство чипсетов, или "платформ" по заявлению компании, созданное специально для смартфонов/коммуникаторов. На текущий момент Qualcomm Snapdragon состоит из двухъядерного ARM-процессора Scorpion с возможностью работы на частоте до 1,5 ГГц, соединенного с графическим чипом серии Imageon (ранее AMD Imageon, но в 2008 году подразделение выкупила Qualcomm).

История ядра Scorpion, разработанного на базе ядра ARM, началась, в принципе, еще с 2005 года – лицензировав у компании ARM ядро Cortex A8, инженеры Qualcomm разработали на его основе собственно сам Scorpion, который работал с набором инструкций ARMv7.

Но он стал более продвинут в отношении энергоэффективности – тактовая частота от 1 ГГц (для А8 это потолок) и вдвое меньшее потребление электроэнергии. Кроме того, улучшен техпроцесс – производство идет на базе 65 нм.

А к концу 2009 вышли чипы серии QSD8x50A – техпроцесс 45 нм, тактовая частота 1,3 ГГц и еще на 30% меньшее потребление. Как Вы видите, платформа весьма мощная и перспективная. Сама же Qualcomm заявляет, что архитектура платформы в состоянии спокойно выдержать 30-сантиметровый дисплей с разрешением до 1440x900, то есть, стандарт WSXGA. На начало 2010 года эту платформу используют:

• Toshiba TG01 – первая версия платформы Snapdragon с процессором 1 ГГц.

• Acer neoTouch – та же версия, что и у TG01.

• HTC HD2 – версия чипа QSD8250, тактовая частота ядра 1 ГГц.

• Acer Liquid A1 – использует версию Snapdragon с процессором, работающим на заниженной частоте в 768 МГц.

• Google Nexus One – разработан HTC, выпущен под брендом Google и имеет на борту ОС Android версии 2.1, работает на базе того же чипа, что и HTC HD2.

• HTC Desire – технически тот же самый Google Nexus One.
• Sony Ericsson XPERIA X10 - 1 ГГц Snapdragon QSD8250.

Но Qualcomm не останавливается на достигнутом – в 2010 ожидается новая версия платформы Snapdragon – после 8X50A (1.3 ГГц по техпроцессу 45 нм) ожидается выход чипсета 8X72 с максимальной пока частотой в 1,5 ГГц на ядро. При этом чипсет QSD8672 аппаратно поддерживает HSPA+, GPS, Bluetooth, воспроизведение и декодирование HD-видео 1080р, Wi-Fi и стандарты мобильного ТВ MediaFLO, DVB-H и ISDB-T.

Texas Instruments – процессоры для Nokia и всех-всех-всех #

А вот американская компания Texas Instruments на одну платформу не уповает, вернее, тоже уповает, но Texas Instruments OMAP пережил уже столько ревизий и версий, что другим производителям даже завидно. Почему? Все просто – она по объемам выпускаемой продукции уступает только трем компаниям: Intel, Samsung и Toshiba. А уж по мобильным чипам занимает вообще первое место.

И все потому что OMAP (Open Multimedia Application Platform или Открытая Платформа для Мультимедийных Приложений) по сути является целой линейкой собственных разработок Texas Instruments на базе лицензий ARM для разнообразных мобильных устройств, а по ревизиям платформы можно чуть ли не проследить весь путь эволюции ARM-процессоров.

Хоть это и не афишируется фирмами-производителями, но целые поколения сотовых телефонов и смартфонов работали только на процессорных разработках Texas Instruments. Поэтому, чтобы не быть голословным, приведем наиболее интересные ревизии и посмотрим, какие телефоны на ней выходили:

• Texas Instruments OMAP 2420 – представитель второго поколения, на его базе работали Motorola MOTO Q 9h, Q music 9m, Q PRO, MOTORIZR Z8/Z10; Nokia E90, N82, N93, N93i, N95; Sony Ericsson SO902i/SO902iWP+. Оснащен был процессором ARM1136 с тактовой частотой 330 МГц.

• Texas Instruments OMAP2430 – практически не отличается, тот же ARM1136, но появилась поддержка 3G-сетей. На данной ревизии работают Samsung SGH-G810, Samsung SGH-i550, SGH-i560, Samsung i8510, GT-i7110, а также Sony Ericsson SO704i/ SO903i.

• Texas Instruments OMAP3430 – а вот третье поколение уже работает на графическом ускорителе SGX530 (14 Мполигонов/с, тактовая частота 200 МГц) и процессоре Cortex-A8. Из известных моделей отметим Nokia N900, N87; Samsung i8910, i8320; Sony Ericsson Satio; Motorola Droid / Milestone, MOTOROI, Motorola XT800. Также "засветилась" и HTC – ее коммуникатор Qilin/Dopod T8388 также использовал данный чипсет. Что не зазорно, ведь OpenGL ES 2.0 и OpenVG, новый процессор, выполненный на 65нм техпроцессе и в 3 раза быстрее ARM11, поддержка матриц цифровых камер до 12 Мрх и прочие технические "вкусности" – эти функции соблазнят любого производителя брендовых смартфонов.

• Texas Instruments OMAP3630 – используется все та же пара SGX530 и Cortex-A8, но теперь на техпроцессе 45нм. Отметим лишь аппараты Sony Ericsson U5i Vivaz и Sony Ericsson U8i Vivaz pro.

Однако прогресс не стоит на месте, и сейчас активно продвигается следующая платформа, уже четвертого поколения: Texas Instruments OMAP4. Сердце ее – двухъядерхный ARM-процессор Cortex-A9, работающий на тактовой частоте 1 ГГц на ядро. Что касается графики, то используется ускоритель PowerVR SGX 540, который практически вдвое быстрее SGX530 (как Вы видите выше, именно он использовался в третьем поколении платформы).

Samsung – азиатское сердце iPhone #

Об этой компании не знает только ленивый или живший в тундре, посему внимание на ее истории заострять не будет. Лучше поговорим о ее наиболее используемых разработках на поприще ARMостроения.

Итак, представляем вам платформу Samsung S5L8900 – разработана на базе ARM1176, тактовая частота от 800 МГц до 1 ГГц, техпроцесс 65нм. Вполне обычный чипсет, но посмотрим устройства с его применением: Apple iPhone, iPhone 3G, iPod Touch, iPod Touch 2G, iPod Nano 4G и iPod Nano 5G. Неприятный сюрприз для тех, кто считал данные телефоны разработкой лишь одной Apple.

Далее Apple также использует чипы от Samsung – платформа на базе SGX535+VXD, и на ней было выпущено следующее поколение Apple iPhone 3G и третье поколение iPod Touch (версии на 32/64 Гбайта). В принципе, правильный выбор – PowerVR SGX свободно работает с OpenGL 2.0 и DirectX 10.1 (версия шейдеров 4.1). А сама ревизия SGX535 выдает 28 Мполигонов/, и это при частоте 200 МГц и пропускной способности памяти 4.2 Гбайта/с. Если характеристики Вам ничего не говорят, что скажем другое название – Intel GMA500.

Однако анонс 27 января 2010 новой SoC под названием Apple A4 показывает, что компания все же способна к собственным разработкам. Сама новая система основана на ARM-архитектуре и используется пока лишь в планшетнике iPad. Первая ревизия работает на частоте 1 ГГц и в паре к процессору идет ускоритель из семейства PowerVR SGX. Характеристики на уровне, а при доработке компания Apple может начать использовать ее и в прочей своей продукции.

А тем временем Samsung представила осенью 2009 новый чипсет S5PV210. Как и у других компаний, упомянутых в нашем обзоре, он основан на ARM- процессоре Cortex-A8 с тактовой частотой 1 ГГц и графическим ускорителем PowerVR SGX 540 (о нем мы уже говорили в предыдущем разделе).

Nvidia Tegra 2 – тигр в коммуникаторе #

Вообще, платформа NVIDIA Tegra, о которой уже было не раз рассказано на нашем портале, не была сразу предназначена именно для коммуникаторов. Но на выставке Mobile World Congress 2009 года NVIDIA показала портированную на Tegra операционную систему Google Android, а 3 января 2010 а форуме разработчиков NVIDIA для Tegra 2 было объявлено, что система будет поддерживать Ubuntu, а от Linux-ядра до Android недалеко.

Чуть позже, 7 января, на Consumer Electronics Show 2010 компания NVIDIA официально анонсировала и показала опытный образец самой NVIDIA Tegra 2. Технические характеристики платформы пока таковы:

• Двухъядерный ARM-процессор Cortex-A9 MPCore.
• Графический ускоритель Nvidia GoForce Tegra 2xx-серии.
• Поддержка LP-DDR2 / DDR2.

Общая перспектива развития мобильных процессоров #

Вот мы и подошли к концу нашего обзора, осталось подвести итоги. С одной стороны, зависимость практически всех прогрессивных разработок в области мобильных RISC-процессоров от лицензий одной компании не очень хорошо – за всю историю человечества нет ни одного удачного примера складывания всех яиц в одну корзину. Но, с другой стороны, постоянные крупные инвестиции (за счет лицензионных отчислений) дают постоянную финансовую независимость технологии от отдельных производителей, а накопление многолетнего опыты позволяет быстро совершенствовать принципы функционирования процессоров.

Осталась за кадром платформа ST-Ericsson DB8500 2008 года выпуска. Как и другие рассмотренные нами сегодня платформы, она работает на базе двухъядерного процессора ARM Cortex-A9/А8, а вот графическим ускорителем является чип Mali-400 – тоже разработка на бае ARM-архитектуры. В целом отметим, что все ARM-устройства похожи между собой и, зачастую, отличаются периферией да технической реализацией – размерами, частотой, энергопотреблением.

Современной тенденцией можно считать рубеж в 1 ГГц – все крупные производители уже имеют в своем активе версии платформ, которые легко его преодолевают. Скажем, к примеру, что чипсет Qualcomm Snapdragon QSD8672 ожидается массово в устройствах о второй половине 2010 года. Прочие коммуникаторы с процессорами от 1 ГГц явно появятся в течение 2010 года в широкой продаже, а к 2012 вся техника такого рода, скорее всего, преодолеет 2 ГГц и будет поддерживать DirectX 11 и HD-видео с возможностью вывода на большие дисплеи.

Теоретически ничто не мешает NVIDIA изменить конструктивно свою платформу и начинать предлагать ее производителям коммуникаторов. Так что в 2010-2011 мы вполне можем увидеть смартфон на базе Tegra 2. Если такое случится, то, скорее всего, вслед за NVIDIA, и другие производители начнут интегрировать мощные ускорители в свои платформы. И, в результате, вместо медиаплеера через несколько лет мы будем подключать к ЖК-телевизору коммуникатор. Что тут еще сказать, уважаемые читатели, поживем – увидим, куда нас заведет технический прогресс.

Отзывы

0 Оставить отзыв

Всего отзывов    0

Оставить отзыв

Добавить отзыв

загрузить другую

Ваш отзыв

Показать все смайлы
© Mantsurov Ivan, знакомые колобки?

Отправить