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Embora você possa argumentar que o mercado de processadores para desktop e notebook se tornou bastante limitado e previsível ultimamente, o mercado de processadores de aplicativos para celulares e tablets continua sendo um mercado extremamente vibrante, com mais de uma dúzia de concorrentes. Esses processadores estão se movendo rapidamente, com o grande novo recurso do ano passado - processadores de aplicativos quad-core - tornando-se comuns este ano.
Eu tenho acompanhado onde os processadores estão indo e como eles devem evoluir no próximo ano. Nos próximos posts, escreverei sobre os processadores específicos, mas vamos começar analisando os componentes que entram nos chips.
Os blocos de construção básicos
Todos os processadores móveis incluem núcleos de CPU e gráficos; a maioria contém alguns recursos de conectividade e / ou hardware de banda base para conexão a uma rede móvel. (Mesmo assim, geralmente os telefones exigem um chip de RF separado para conexões, além de um chip de conectividade separado para itens como Wi-Fi e Bluetooth.)
Um dos motivos pelos quais há tanta concorrência no espaço móvel é que a grande maioria dos processadores para telefones e tablets é construída com base em alguma iteração da arquitetura do ARM, usando núcleos que a própria ARM Holdings projeta ou núcleos personalizados que foram construídos usando um "licença de arquitetura", incluindo a Qualcomm (com seu núcleo "Krait") e a Apple no espaço móvel.
Obviamente, existem arquiteturas concorrentes. A Intel está tentando promover a arquitetura x86, tão popular em desktops e notebooks, e a Imagination Technologies também possui sua arquitetura MIPS recentemente adquirida (mais sobre isso mais tarde). Ainda assim, o ARM realmente domina o mercado de núcleos de CPU móveis.
Os gráficos são um pouco mais diversos. O fornecedor terceirizado mais conhecido de IP de gráficos é a Imagination Technologies. Sua família Power VR é usada em uma ampla variedade de processadores, incluindo os da Intel e Apple. A ARM está competindo com sua família de núcleos gráficos Mali e vários fabricantes de chips criam seus próprios gráficos, incluindo Qualcomm com seus gráficos Adreno e Nvidia com seus gráficos GeForce.
Núcleos ARM em todo o lado
O ARM realmente produz vários núcleos diferentes, variando de minúsculos núcleos usados em todos os tipos de dispositivos até a série Cortex, que normalmente é vista em processadores móveis. Mesmo aqui, existem várias opções, desde o Cortex-A9 (usado na maioria dos telefones de hoje) até o novo Cortex-A15 mais poderoso e o minúsculo e eficiente Cortex-A7.
O Cortex-A9 tem sido o coração da maioria dos núcleos de aplicativos de terceiros nos últimos dois anos, embora neste ano muitos dos fabricantes de processadores de aplicativos estejam mudando para novos designs. Muitos são baseados no Cortex-A15, que foi projetado para melhorar o desempenho, e / ou no Cortex-A7, que foi projetado para usar menos energia. O A15 possui um espaço de endereço físico de 40 bits, embora os threads individuais possam acessar apenas 32 bits e oferece uma nova arquitetura que deve ser mais poderosa. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson e Texas Instruments anunciaram planos para processadores que usam esse núcleo.
O Cortex-A7 é interessante, pois foi projetado para usar significativamente menos energia e ser consideravelmente menor que o Cortex-A9. Como você pode ver no gráfico acima, uma implementação de 28nm do Cortex-A7 pode ser pequena - menos de meio milímetro quadrado - e usar apenas cerca de um terço da potência de um Cortex-A9 de 40nm. Embora possa variar um pouco por implementação, em geral, espera-se que cada núcleo A7 use menos de 100 miliwatts de energia, em comparação com um pico de 200 a 300 miliwatt para um A9 e até 500 miliwatts para um A15.
Mas o maior impulso do ARM é o que chama de arquitetura big.LITTLE, que emparelha o A7 e o A15. Nesse projeto, um chip pode ter vários núcleos em cada arquitetura, com os núcleos de menor consumo de energia em execução na maioria das vezes e o chip alternando para os núcleos de maior consumo de energia quando precisar de desempenho adicional, talvez durante a execução de um cálculo complexo. um jogo ou até mesmo JavaScript complicado em uma página da web.
Os licenciados atualmente anunciados da arquitetura combinada incluem CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile e Samsung Electronics. O primeiro anúncio disso foi o Exynos 5 Octa da Samsung, mas outros fornecedores, como Renesas, parecem estar logo atrás. No show, a ARM demonstrou como a combinação big.LITTLE pode economizar energia.
O A15 e o A7 serão seguidos pelo Cortex-A57 e A53, que também serão integrados em um grande esquema.LITTLE, com o A53 de baixa potência em execução na maioria das vezes, mas o A57 disponível quando mais energia for necessária. Embora sejam processadores com capacidade para 64 bits, inicialmente eles serão executados com sistemas operacionais de 32 bits, que não podem endereçar mais de 4 GB, o limite dos processadores de 32 bits na maioria das circunstâncias. (Esses núcleos também serão direcionados para processadores voltados para o mercado de servidores, onde é necessária uma memória maior.)
Mas não estamos vendo apenas uma abordagem. Parece que todo fornecedor de processadores tem uma abordagem diferente para seus processadores de última geração. Samsung e Renesas oferecem quatro A15s e quatro A7s. A Nvidia está lançando quatro A15s com potência total mais um núcleo de baixa potência. MediaTek e outros estão usando simplesmente quatro A7s. A ST-Ericsson está promovendo núcleos A9, mas a uma velocidade mais rápida.
E depois há as empresas que possuem "licenças de arquitetura". Essencialmente, elas permitem que as empresas criem núcleos que possuem recursos exclusivos, mas ainda são compatíveis com a arquitetura ARM. Essa arquitetura - efetivamente o conjunto de instruções - teve várias variações em si, com o A9, A7 e A15, todos usando o que é conhecido como ARMv7. Os próximos A53 e A57 usam uma variação mais recente que suporta computação de 64 bits, conhecida como ARMv8.
Muitas empresas possuem licenças de arquitetura. Talvez o mais conhecido seja o Qualcomm, que usa seu núcleo "Krait" na maioria de seus processadores atuais (embora use A7s no nível mais baixo). Krait é um núcleo compatível com ARMv7. A Marvell cria seus próprios núcleos em sua linha de processadores Armada. A Apple não divulga a maioria dos detalhes de seus processadores, mas acredita-se que ele tenha desenvolvido seus próprios núcleos para os processadores A6 e A6X para iPhone e iPad. Os primeiros núcleos de processador compatíveis com ARMv8 provavelmente estão em chips de servidor, como o AppliedMicro X-Gene, mas é provável que muitas das outras empresas que fabricam núcleos compatíveis com ARM o sigam. Por exemplo, a Nvidia anunciou planos para criar seu próprio núcleo, chamado "Projeto Denver", para um processador móvel que será lançado em 2015.
As alternativas x86 e MIPS
Embora a arquitetura ARM domine telefones celulares e tablets, existem alternativas. Ultimamente, a Intel tem feito mais barulho com uma série de produtos e um roteiro para sua família Atom voltada para dispositivos móveis. A empresa exibiu um novo processador voltado para a extremidade inferior do mercado de smartphones chamado Z2420 (codinome Lexington) na CES em janeiro, e no Mobile World Congress lançou sua plataforma Clover Trail +, liderada pelo dual-core / four- thread Atom Z2580, rodando em até 2GHz.
Embora a empresa mostre telefones baseados em Atom há algum tempo, apenas no ano passado esses telefones chegaram ao mercado. A Intel diz que agora possui 10 modelos de telefones celulares baseados em seu chip Atom em mais de 20 países, e vem divulgando recursos como suporte a câmera HDR sem desfoque de movimento. Os atuais processadores Atom da Intel são fabricados com tecnologia de 32nm, mas a empresa planeja mudar para a tecnologia FinFET de 22nm usada em seus processadores Core no final do ano. É claro que a Intel domina há muito o segmento de notebooks e fez alguns progressos com tablets e conversíveis baseados em Atom e Core este ano. Discutirei os detalhes quando chegar aos fornecedores de processadores individuais na próxima postagem.
O rival tradicional da Intel em processadores x86, a AMD, também esteve no Mobile World Congress, mostrando o Temash, seu próximo processador voltado para tablets e híbridos do Windows. Isso estará disponível nas versões de núcleo duplo e quad-core, e a AMD estava demonstrando demonstrações de como superou a plataforma Clover Trail existente. O lançamento está previsto para o primeiro semestre de 2013. A AMD ainda não possui uma plataforma de telefone.
A outra arquitetura de CPU que vimos em dispositivos móveis vem do MIPS, que foi recentemente adquirido pela Imagination Technologies. O MIPS oferece três níveis com sua família de núcleos de processador Aptiv, incluindo a linha Pro-Aptiv destinada a processadores de aplicativos. Os funcionários da Imagination observam que o MIPS vende núcleos de 64 bits há 20 anos e afirma que a empresa tem como objetivo distribuir 25% de todos os núcleos de CPU nos próximos quatro a cinco anos. Por enquanto, a maior parte dos processadores MIPS entra em mercados como rede, infraestrutura e decodificadores, mas a Ingenic fabrica um processador para dispositivos móveis e a empresa espera ver mais ênfase nessa área. O MIPS anunciou recentemente uma nova versão da arquitetura, chamada V5, e espera ver os chips iniciais ainda este ano.
Gráficos: Competição Surpreendente
Se o ARM domina os núcleos de aplicativos móveis, a Imagination Technologies domina os núcleos gráficos móveis, embora esteja enfrentando uma concorrência crescente.
Atualmente, a imaginação é representada principalmente por meio da série 5 do PowerVR, incluindo a extensão 5XT, que adiciona alguns recursos que permitem os recursos do OpenGL ES 3.0. Atualmente, o high-end é o SGX 544MP4 - o "4" indica o número de núcleos gráficos. Muitas empresas oferecem suporte a gráficos da Imagination, incluindo Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner e Texas Instruments. Embora a Apple geralmente não o confirme, o atual processador A6X do iPad possui gráficos PowerVR SGX 554MP4 de quatro núcleos. (A imaginação mostrou isso em seu estande no Mobile World Congress.) A empresa confirmou mais tarde que o Samsung Exynos 5410 Octa também usa esses gráficos.
No futuro, a empresa promoverá o PowerVR série 6, que oferecerá suporte nativo ao DirectX 10 e Open GL ES 3.0. Isso será oferecido com um a seis conjuntos de gráficos, variando do G6100 ao 6630 topo de gama. A Imagination diz que possui 10 licenciados para gráficos VR6.
A imaginação também está desenvolvendo um recurso gráfico separado na forma de seus núcleos de vídeo PowerVR, que inclui decodificação e codificação de vídeo. A empresa diz que seus licenciados já enviaram mais de 500 milhões desses núcleos.
Entre os gráficos licenciados, o maior concorrente da Imagination é o ARM, que oferece seus núcleos de GPUs (unidades de processamento gráfico) no Mali. A ARM diz que agora possui 75 licenciados para isso e espera que 240 milhões de processadores sejam enviados com essa tecnologia em 2013. Em particular, a empresa divulgou como a combinação pode ser usada para coisas como computação em GPU, demonstração de fotografia computacional, detecção de rosto, e jogos em tempo real.
Dentro da família Mali, existem várias graduações, incluindo as famílias Mali-400 e -450, voltadas principalmente para smartphones de mercado de massa, e a família Mali-T600, voltada mais para os mais sofisticados.
Entre as empresas que usam os núcleos do Mali estão a Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner e Rockchip. Se você notar alguma sobreposição com a lista Imagination, isso ocorre porque algumas empresas usam gráficos diferentes em diferentes processadores.
Mas talvez os maiores concorrentes dos núcleos gráficos licenciados sejam os gráficos exclusivos que muitos fabricantes de processadores de aplicativos incorporam. A Qualcomm provavelmente foi a mais bem-sucedida, usando seus gráficos Adreno extensivamente em sua família de processadores Snapdragon. Isso também tem diferentes sabores, dependendo do mercado a que o chip se destina. A Nvidia provavelmente fez o máximo possível ao usar os gráficos como um diferencial, falando sobre os gráficos da GeForce e sobre como tomou sua herança de jogos para PC e aplicou isso aos processadores móveis. A Broadcom também possui sua própria tecnologia multimídia, conhecida como VideoCore.
Abrangerei mais os fornecedores específicos de chips no meu próximo post.
