Мобила изнутри

Устройство мобильного телефона

Как устроен рынок мобильных процессоров. Часть первая, основные архитектуры ARM

.

Персональные компьютеры стремительно теряют популярность, иногда даже кажется, что они могут совсем уйти в прошлое за ненадобностью. Этого конечно, не произойдет, но компьютеры мобильного класса действительно становятся неотъемлемой частью нашей жизни, а значит, современному человеку просто необходимо знать основные законы этого мира. Поговорим о мобильных процессорах.

На рынке процессоров для современных смартфонов и планшетных компьютеров безусловным лидером является британская компания ARM. Что примечательно, она умудрилась стать законодателем моды, не будучи, собственно говоря, производителем. ARM разрабатывает архитектуры мобильных процессоров и лицензирует свои технологии конечным производителям. Интеллектуальная собственность сегодня действительно в цене, если вы, конечно, умеете изобретать то, что пользуется спросом. А производителями мобильных процессоров являются такие бренды как Qualcomm, NVIDIA, MediaTek, Samsung и Apple.
 
В настоящий момент на рынке можно найти мобильные устройства с процессорами, основанными на архитектурах ARM11, ARM Cortex-A8, A9, A5, A7 и A15. Они отличаются в основном быстродействием и уровнем потребления энергии. Процессорная архитектура ARM11 была официально представлена еще в 2002 году. Сегодня устройства с такими процессорами встречаются крайне редко, в частности, это бюджетный смартфон Samsung Galaxy Y, а также все последние смартфоны Nokia под управлением ушедшей в небытие ОС Symbian. Этим процессором оснащались оригинальный Apple iPhone и iPhone 3G, частота этой модели составляла 620 МГц, но была программно занижена до 412 МГц для экономии заряда аккумулятора.
 
Образ современных мобильных устройств начал складываться с выходом устройств на процессоре ARM Cortex-A8. Он позволил уверенно перешагнуть барьер в 1 ГГц. Чипы на этой архитектуре устанавливались на устройства, фактически сформировавшие современный рынок. Компания Apple значительно увеличила производительность iPhone 3GS по сравнению с предшественником, благодаря чипу на Cortex-A8. Этот чип использовался на оригинальных смартфоне Samsung Galaxy S и планшете Samsung Galaxy Tab. А сегодня на данном процессоре работают разве что самые недорогие китайские планшетники, практически все они базируются на платформе Allwinner (он же Boxchip) A10/A13. Крупнейшим недостатком чипов ARM Cortex-A8 является то, что эта архитектура не поддерживает многоядерных конфигураций, все эти процессоры исключительно одноядерные. Такой чип установлен на iPhone 4. 

Очередным прорывом стала архитектура ARM Cortex-A9 (представленная еще в 2007 году), более производительная и прекрасно работающая с многоядерными конфигурациями. Тактовая частота лежит уже за пределами 1 ГГц. Истинные возможности чипов на A9 мы увидели в исполнении компании Samsung с ее флагманскими смартфонами Galaxy S II (двухъядерный, тактовая частота 1,2 ГГц) и Galaxy S III (четырехъядерный, тактовая частота 1,4 ГГц). Apple тоже в очередной раз ускорила iPhone, оснастив модель 4S чипом, аналогичным ARM Cortex-A9. Впрочем, компанию ARM интересует не только сухое увеличение производительности, разработчику интересны и решения для продукции начального уровня.
 
Когда чипы ARM11 и ARM Cortex-A8 стали неактуальными, на рынке мобильных устройств могла образоваться брешь, потому что далеко не во всех случаях есть нужда в производительности, которую обеспечивает процессор серии A9. Поэтому архитектура ARM11 сменилась более прогрессивной Cortex-A5, данный процессор используется на таких смартфонах как Nokia Lumia 510 и 610, а также Sony Xperia tipo и miro. А место Cortex-A8 заняла архитектура A7, которая поддерживает многоядерные конфигурации, практически все китайские устройства среднего класса работают на этих процессорах. ARM также готовит замену Cortex-A9, британцы уже анонсировали архитектуры A12 и A17, последняя обещает 40-процентный прирост скорости при том же потреблении энергии. Правда, до ее выхода на серийных устройствах придется подождать полгода или год.

И, наконец, актуальной на сегодня является архитектура ARM Cortex-A15, она была анонсирована в 2010 году. Это поистине дитя современных технологий. Архитектура позволяет проектировать процессоры с четырьмя ядрами на кластер и двумя кластерами на чип. То есть технология упирается в 8-ядерную конфигурацию. Этого вполне достаточно, если учесть, что в сравнении с A9 прирост производительности составляет 40% при той же тактовой частоте и том же числе ядер. Тактовая частота варьируется от 1 до 2,5 ГГц, на начальных этапах при производстве используется техпроцесс 32 и 28 нм, в перспективе намечен переход на 22 нм. Ярким представителем гаджета с таким процессором является флагманский смартфон Samsung Galaxy S4. Сюда же можно отнести все устройства на современных платформах Qualcomm Snapdragon 600 и 800.
 
А в ближайшем будущем следует ожидать наплыва процессоров ARM Cortex-A53 и A57, они были анонсированы в ноябре 2012 года. Это процессоры производятся по техпроцессу 20 нм и предлагают трехкратный прирост производительности при пятикратном сокращении расхода энергии. Плюс безусловная поддержка 64-битной обработки данных. Прямо как на персональных компьютерах. Первые модели на чипах нового поколения появятся уже в этом году.

В заключение необходимо отметить еще одно решение от компании ARM. В октябре 2011 года британский разработчик анонсировал технологию под названием big.LITTLE, она призвана оптимизировать работу мобильных процессоров, не позволить им потреблять больше энергии, чем требуется. Принцип работы системы прост, мобильная платформа комплектуется, скажем, четырехъядерным процессором ARM Cortex-A15, однако столь высокая мощность отнюдь не требуется при выполнении «легких» задач, таких как прорисовка интерфейса или отправка электронной почты. Поэтому на той же платформе устанавливается одно или несколько ядер Cortex-A7, менее производительных, но и менее жадных до ресурсов аккумулятора. Такой подход используется на смартфоне Samsung Galaxy S4, он оборудован восьмиядерным процессором, который, впрочем, никогда не задействует всех восьми ядер одновременно, потому что «тяжелые» задачи обрабатываются четверкой Cortex-A15, а для «легких» вполне хватает квартета A7.
 
В продолжении мы расскажем о самых популярных архитектурах мобильных графических процессоров, а также о крупнейших разработчиках готовых мобильных платформ.

Прокомментировать

Надо бы авторизоваться для того, чтобы оставить своё мнение о статье.