วีดีโอ: Dame la cosita aaaa (ธันวาคม 2024)
ทุก ๆ ปีหลังจากงาน CES และ Mobile World Congress ฉันไตร่ตรองการประกาศของรายการและสิ่งที่พวกเขามีความหมายต่ออนาคตของโปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันมือถือ เราได้เห็นการพัฒนาที่น่าสนใจอย่างแน่นอนรวมถึงชุดประกาศชิพ 64 บิตซึ่งบางอันมุ่งเป้าไปที่โทรศัพท์ระดับกลางมากขึ้น แต่ชิป 32 บิตใหม่ดูเหมือนจะเป็นหัวข้อที่ได้รับความนิยมสูงสุดในตอนท้าย .
เกือบทุก บริษัท ที่ทำให้ชิปกำลังพูดถึงกราฟิกที่ดีกว่า - ด้วยประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก - และทุกคนกำลังพูดถึงแกนประมวลผลหลายคอร์ด้วยชิป 4- คอร์และ 8-core กลายเป็นกิจวัตรประจำวัน สิ่งที่เรายังไม่เห็นคือแอพพลิเคชั่นตัวประมวลผลหลักที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี 20nm (ยกเว้นจาก Intel ซึ่งเป็นผู้ควบคุมการออกแบบและการผลิตสำหรับชิปของตน) และชิป 64 บิตระดับไฮเอนด์ใหม่จากผู้เล่นส่วนใหญ่ ด้วยเหตุนี้การเปลี่ยนแปลงที่เราน่าจะเห็นในชิปสำหรับโทรศัพท์ระดับสูงในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้าอาจไม่ใหญ่มากนักแม้ในช่วงกลางและล่างของโทรศัพท์
ฉันจะพูดคุยเกี่ยวกับรายละเอียดของชิปรายใหญ่ในสัปดาห์นี้ แต่ฉันต้องการเริ่มต้นด้วยการพูดคุยเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานที่จะนำไปสู่การสร้างโปรเซสเซอร์แอปพลิเคชัน โดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตโปรเซสเซอร์ดังกล่าวมักจะใช้ทรัพย์สินทางปัญญา (IP) ไม่ว่าจะเป็นในโลก PC โดยทั่วไปแล้วใบอนุญาตด้านสถาปัตยกรรมหรือแกนประมวลผลเต็มรูปแบบในการสร้างผลิตภัณฑ์ของตน จำได้ว่าปัจจุบันโปรเซสเซอร์แอพพลิเคชั่นทั่วไปประกอบด้วยซีพียู, คอร์กราฟิก, บ่อยครั้งที่โมเด็มเบสแบนด์และคุณสมบัติอื่น ๆ ; และผู้ผลิตหลายรายอนุญาตให้ใช้งานสถาปัตยกรรม CPU กราฟิกหรือทั้งสองอย่าง ผู้ผลิตโปรเซสเซอร์ทั่วไปจะรวมคุณสมบัติเหล่านี้ทั้งที่พวกเขาสร้างตัวเองและผู้ที่ได้รับใบอนุญาตในการออกแบบชิปเฉพาะสำหรับตลาดเป้าหมาย ในบทความนี้ฉันจะพูดถึงสถาปัตยกรรมของ CPU จากนั้นติดตามพรุ่งนี้ด้วยกราฟิกดีไซน์
รสชาติที่หลากหลายของการออกแบบ ARM
โปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันมือถือส่วนใหญ่ที่คุณเห็นในวันนี้ใช้สถาปัตยกรรม ARM บางอย่าง แท้จริงในทุกตลาด ARM อ้างว่ามีการจำหน่ายโปรเซสเซอร์มากกว่า 50 พันล้านเครื่องโดยใช้เทคโนโลยีโดยมียอดขายมากกว่า 10 พันล้านเครื่องในปี 2556 ตลาดโทรศัพท์และแท็บเล็ตเป็นส่วนสำคัญที่ ARM อ้างว่า 95 เปอร์เซ็นต์ของสมาร์ทโฟนของโลกใช้สถาปัตยกรรมบางรุ่น แต่โปรเซสเซอร์ ARM มีผลิตภัณฑ์อื่น ๆ มากมายเช่นกัน
แต่สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า ARM ไม่ได้ขายโปรเซสเซอร์จริงๆ แทนที่จะขาย IP - รวมถึงการออกแบบหลักที่แท้จริงและสถาปัตยกรรมพื้นฐานซึ่งผู้จำหน่ายชิปหลายรายรวมถึง Apple และ Qualcomm ใช้เพื่อสร้างคอร์ที่ไม่เหมือนใคร การใช้สถาปัตยกรรมทั่วไป - ชุดคำสั่งที่มีประสิทธิภาพ - ช่วยให้สามารถทำงานร่วมกันได้ในระดับหนึ่งและทำให้การเรียกใช้ซอฟต์แวร์บนชิปจากหลาย บริษัท ทำได้ง่ายขึ้น
วันนี้มีสถาปัตยกรรมพื้นฐานสองอย่างที่เราเห็นในโปรเซสเซอร์มือถือวันนี้ - ARMv7 32- บิตและ ARMv8 รุ่น 64 บิต
ARMv7 เป็นมาตรฐานในตลาดโทรศัพท์มานานหลายปี นี่คือการออกแบบ 32 บิตที่ใช้ในคอร์ที่หลากหลาย (รวมถึงการออกแบบ Cortex-A9, A7 และ A15 ของ ARM รวมถึงสถาปัตยกรรม "Krait" ของ Qualcomm และคอร์ที่ใช้ในโปรเซสเซอร์ของ Apple ก่อน A7) Cortex-A9 ได้รับความนิยมอย่างไม่น่าเชื่อ แต่วันนั้นมีจำนวน ในปีนี้เราจะเห็นการออกแบบเพิ่มเติมที่รวมถึง Cortex-A7 ที่เล็กลงและประหยัดพลังงานมากกว่า หรือ Cortex-A15 ที่ทรงพลังกว่าซึ่งให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่า หรือการรวมกันของทั้งสองในสิ่งที่ ARM เรียกว่าการกำหนดค่า "ใหญ่. LITTLE"
จริง ๆ แล้ว Cortex-A7 นั้นมีขนาดเล็กมาก - น้อยกว่าครึ่งมิลลิเมตรต่อตารางเมตรในกระบวนการ 28nm และถูกออกแบบมาให้ใช้พลังงานน้อยกว่ามาก น้อยกว่า 100 มิลลิวัตต์เมื่อเทียบกับยอดสูงสุด 200 ถึง 300 มิลลิวัตต์สำหรับ A9 และสูงถึง 500 มิลลิวัตต์สำหรับ A15 Cortex-A15 เพิ่มการรองรับพื้นที่ที่อยู่ทางกายภาพ 40 บิตแม้ว่าแอปพลิเคชันแต่ละรายการสามารถเข้าถึง 32 บิตเท่านั้น ฤดูร้อนปีที่แล้ว ARM เปิดตัว A12 ซึ่งหมายถึงการแทนที่ A9 ซึ่งบอกว่าเร็วกว่า A9 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์และพอดีกับช่องว่างระหว่าง A7 และ A15 เมื่อต้นปีที่ผ่านมา บริษัท ได้ประกาศรุ่นอัพเกรดที่เรียกว่า Cortex-A17 ซึ่งกล่าวว่าควรมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและมีประสิทธิภาพมากกว่า Cortex-A9 60% (จนถึงขณะนี้มีเพียง MediaTek เท่านั้นที่ได้ประกาศตัวประมวลผลโทรศัพท์และ Realtek ตัวประมวลผลทีวีโดยใช้ A17) ARM เชื่อว่า A17 เป็นรุ่นล่าสุดของการออกแบบ 32 บิตและมีความหมายที่จะมีอายุการใช้งานที่ยาวนานในแอปพลิเคชันเช่นทีวีและ สินค้าอุปโภคบริโภคในขณะที่ตลาดมือถือส่วนใหญ่เปลี่ยนเป็นการออกแบบ 64 บิต
บริษัท หลายแห่งรวม A7s และ A15s (หรือมากกว่า A7s และ A17s) เข้าด้วยกันเป็นชุดใหญ่ LITTLE ซึ่งช่วยให้ชิปมีแกนพลังงานต่ำที่ใช้เวลาส่วนใหญ่และชิปเปลี่ยนเป็นพลังงานที่สูงกว่า แกนประมวลผลเมื่อต้องการประสิทธิภาพเพิ่มเติมบางทีในขณะที่ใช้การคำนวณที่ซับซ้อนภายในเกมหรือแม้แต่ JavaScript ที่ซับซ้อนในเว็บเพจ ในการออกแบบเหล่านี้บล็อกของแกน A7 หรือหนึ่งในแกน A15 สามารถใช้งานได้ในคราวเดียว ในอื่น ๆ แกนทั้งหมดสามารถทำงานได้ในครั้งเดียว
อีกครั้งดูเหมือนว่าในอนาคตชิปมือถือส่วนใหญ่ที่ออกแบบด้วย ARM cores จะย้ายไปที่สถาปัตยกรรม 64 บิตแม้ว่าเราจะดูเหมือนจะอยู่ในช่วงแรกของการย้ายข้อมูล ดูเหมือนว่าชุดคำสั่ง ARMv8 จะใช้ในโปรเซสเซอร์ A7 ของ Apple ซึ่งพบใน iPhone 5s และ iPad Air และคาดว่าจะมีการออกแบบที่เป็นกรรมสิทธิ์อื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่งเช่นกัน และแน่นอนว่า ARM มีสองคอร์ที่ประกาศโดยใช้สถาปัตยกรรมนี้: Cortex-A53 ที่เล็กกว่าและ Cortex-A57 ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นอีกครั้งด้วยตัวเลือกในการรวมเข้าด้วยกันในโครงร่างใหญ่ LITTLE เวอร์ชั่น 64 บิตรองรับการใช้งานย้อนหลัง แต่รวมถึงการลงทะเบียนขนาดใหญ่สำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไปและคำแนะนำสื่อ (ซึ่งสามารถทำให้การดำเนินการบางอย่างรวดเร็วขึ้น) รองรับหน่วยความจำที่เกิน 4GB (มีความสำคัญอย่างยิ่งในแอพพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์); และคำแนะนำการเข้ารหัสและการเข้ารหัสใหม่
แกน Cortex-A53 นั้นเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยโดย บริษัท ต่างๆเช่น MediaTek, Qualcomm, และ Marvell ประกาศชิปทั้งหมดที่มีคอร์ A53 หลายคอร์ ARM กล่าวว่าคาดว่าชิปตัวแรกจะออกในฤดูร้อนนี้ A57 น่าจะมีประสิทธิภาพมากกว่าและ ARM คาดว่าชิปมือถือที่มี core นั้นจะวางจำหน่ายในปีนี้ (AMD ได้ประกาศชิปเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรม A57 เนื่องจากจะเข้าสู่การผลิตเต็มรูปแบบในช่วงปลายปี)
ARM ยังมีคอร์ที่เล็กกว่าจำนวนมากที่ใช้ในไมโครคอนโทรลเลอร์และอุปกรณ์อื่น ๆ ในซีรีย์ M สิ่งเหล่านี้จะไม่เรียกใช้ตัวประมวลผลแอปพลิเคชันด้วยตัวเอง แต่อาจนำไปใช้กับชิปอื่น ๆ ในระบบนิเวศของมือถือและมีการใช้ SoCs มือถืออย่างชาญฉลาดมากขึ้น ตัวอย่างเช่นแอปเปิ้ล A7 SoC มีตัวประมวลผลร่วมเคลื่อนไหว M7 ตาม ARM Cortex-M3 และผลิตโดย NXP และ Motorola X8 SoC ใน Moto X รวม Snapdragon S4 Pro CPU แบบ dual-core กับตัวประมวลผลพลังงานต่ำสองตัวตาม Texas Instruments DSPs สำหรับการประมวลผลภาษาธรรมชาติและการคำนวณเชิงบริบท
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้หลาย บริษัท มีสิ่งที่เรียกว่า "ใบอนุญาตสถาปัตยกรรม" ซึ่งช่วยให้พวกเขาสร้างแกนของตนเองโดยใช้ชุดคำสั่งซึ่งพวกเขาคิดว่าทำให้พวกเขาสามารถสร้างชิปที่โดดเด่นสำหรับตลาดผ่านประสิทธิภาพที่ดีขึ้น การจัดการพลังงานหรือทั้งสองอย่าง เหล่านี้รวมถึง บริษัท เช่น Qualcomm, Marvell, Nvidia และ Apple ในทางกลับกันการเสนอแกนมาตรฐานช่วยให้ บริษัท สามารถสร้างการออกแบบได้รวดเร็วและง่ายดายยิ่งขึ้น บริษัท หลายแห่งที่มีใบอนุญาตทางสถาปัตยกรรมใช้แกน ARM มาตรฐานในผลิตภัณฑ์บางตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งตอนนี้ Qualcomm มีโปรเซสเซอร์ Snapdragon บางรุ่นที่ใช้ Krait cores ในขณะที่รุ่นอื่นใช้ ARM ARM มาตรฐาน
ทางเลือกของ Intel และ MIPS
แม้ว่า ARM จะยังคงครองตลาดโพรเซสเซอร์มือถืออย่างต่อเนื่อง แต่อินเทลก็กำลังผลักดันเช่นกันแม้ว่าความสำเร็จส่วนใหญ่จะมาจากแท็บเล็ตที่ใช้ Windows และ Android ที่ใช้งานอยู่ ข้อเสนอในปัจจุบันของ Intel ดูเหมือนจะมุ่งเป้าไปที่แท็บเล็ตมากกว่าโทรศัพท์แม้ว่า บริษัท จะมีโปรเซสเซอร์ใหม่สองตัวที่ดูเหมือนจะเหมาะสำหรับโทรศัพท์ที่จะออกมาในปลายปีนี้ (ซึ่งฉันจะพูดถึงเมื่อฉันเข้าโปรเซสเซอร์จาก บริษัท เฉพาะในโพสต์ถัดไป) ในเวทีมือถือ Intel กำลังผลักดันตัวประมวลผล Atom แม้ว่าจะมีแท็บเล็ต Windows บางรุ่นที่ใช้ตระกูล Core ที่ใหญ่กว่าก็ใช้ในแล็ปท็อปและเดสก์ท็อปเช่นกัน
นอกจากนี้ภายในตระกูล x86 เอเอ็มดียังแสดงแท็บเล็ตบางรุ่นที่ใช้ซีพียู x86 ที่ใช้พลังงานต่ำ อีกครั้งฉันจะหารือรายละเอียดในภายหลังเมื่อพูดถึงผู้สร้างที่เฉพาะเจาะจง แน่นอนว่าทั้งสองกรณีโปรเซสเซอร์ใช้เวอร์ชั่นเต็มของ Microsoft Windows แม้ว่าทั้งสอง บริษัท จะใช้ Android เป็นหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Intel ได้ผลักดันอย่างยิ่งใหญ่เพื่อให้ Android ทำงานบนชิปของตนในขณะที่ AMD มุ่งเน้นไปที่ตัวจำลอง BlueStacks สำหรับผลิตภัณฑ์ x86 ของตนมากกว่าเนื่องจากเตรียมที่จะเปิดตัวชิปที่เข้ากันได้กับ ARM ในปลายปีนี้
อีกทางเลือกหนึ่งคือตัวประมวลผล MIPS ซึ่งเป็นตระกูลที่ใช้ RISC ซึ่งได้มาจาก Imagination Technologies เมื่อปีที่แล้ว MIPS ได้นำเสนอสถาปัตยกรรม 64 บิตบางครั้งเป็นส่วนหนึ่งของแกน Aptiv เมื่อต้นปีที่ผ่านมา บริษัท ประกาศเปิดตัวซีพียูซีรี่ย์ 5 "Warrior" ซึ่งรวมถึงโปรเซสเซอร์ MIPS สามคลาส - ซีรีย์ M สำหรับตลาดแบบฝังตัว I-class ที่ออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพสูงและอุปกรณ์ที่รวมอยู่ในตัว และ P-class ที่ออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นรวมถึงแอพพลิเคชั่นโปรเซสเซอร์ คุณสมบัติใหม่รวมถึงการสนับสนุนแบบบูรณาการสำหรับกราฟิก OpenCL และความปลอดภัยที่ดีขึ้น Imagination กล่าวว่าชิปเหล่านี้ใช้พื้นที่น้อยกว่าคู่แข่งถึง 40% พร้อมกับมัลติเธรดที่ดีกว่าสำหรับการใช้งานแบบมัลติคอร์
โปรเซสเซอร์ MIPS ประสบความสำเร็จในหลายตลาดรวมถึงตัวประมวลผลเครือข่ายและแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์อื่น ๆ และกล่องรับสัญญาณ แต่จนถึงปัจจุบันเราไม่ได้เห็นพวกเขาในแท็บเล็ตหรือสมาร์ทโฟนแบบดั้งเดิม บริษัท จีนชื่อ Ingenic มีหน่วยประมวลผลกลางที่ใช้สถาปัตยกรรม Xburst ตาม MIPS core ก่อนหน้านี้และใช้ในแท็บเล็ต Android บางรุ่น ไม่นานมานี้ฉันลองใช้ แต่ บริษัท ที่ทำให้ตอนนี้ดูเหมือนว่าจะเน้นไปที่แท็บเล็ตที่ใช้ ARM ถึงกระนั้นก็เป็นไปได้ที่ MIPS อาจเป็นคู่แข่งในอนาคตโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแกนหลักใหม่
