ผู้ผลิตชิปมือถือ: หน่วยการสร้างพื้นฐาน

ในขณะที่คุณสามารถยืนยันได้ว่าตลาดสำหรับโปรเซสเซอร์เดสก์ท็อปและโน้ตบุ๊กนั้นค่อนข้าง จำกัด และสามารถคาดการณ์ได้เมื่อไม่นานมานี้ตลาดสำหรับโปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันสำหรับโทรศัพท์มือถือและแท็บเล็ตยังคงเป็นตลาดที่คึกคักมาก โปรเซสเซอร์เหล่านี้กำลังเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วด้วยคุณสมบัติใหม่ที่ยิ่งใหญ่ของปีที่แล้ว - โปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันแบบ quad-core - กลายเป็นเรื่องธรรมดาในปีนี้

ฉันได้ติดตามว่าตัวประมวลผลกำลังมุ่งหน้าไปยังที่ใดและพวกเขาควรจะพัฒนาไปอย่างไรในปีหน้า ในโพสต์ถัดไปฉันจะเขียนเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์ที่เฉพาะเจาะจง แต่เรามาเริ่มด้วยการดูส่วนประกอบที่เข้าสู่ชิป

Building Block พื้นฐาน

โปรเซสเซอร์มือถือทั้งหมดมีทั้งคอร์ CPU และคอร์กราฟิก ส่วนใหญ่มีคุณสมบัติการเชื่อมต่อบางอย่างและ / หรือฮาร์ดแวร์เบสแบนด์สำหรับเชื่อมต่อกับเครือข่ายมือถือ (ถึงอย่างนั้นโดยปกติแล้วโทรศัพท์จะต้องใช้ชิป RF แยกต่างหากสำหรับการเชื่อมต่อรวมถึงชิปเชื่อมต่อแยกต่างหากสำหรับสิ่งต่าง ๆ เช่น Wi-Fi และบลูทู ธ )

เหตุผลหนึ่งที่มีการแข่งขันกันอย่างรุนแรงในพื้นที่มือถือก็คือโปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่สำหรับโทรศัพท์และแท็บเล็ตนั้นถูกสร้างขึ้นบนสถาปัตยกรรม ARM บางส่วนโดยใช้แกนที่ ARM Holdings ออกแบบเองหรือแกนแบบกำหนดเองที่สร้างขึ้นโดยใช้ "ใบอนุญาตสถาปัตยกรรม" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Qualcomm (พร้อมแกน "Krait") และ Apple ในพื้นที่มือถือ

แน่นอนว่ามีสถาปัตยกรรมการแข่งขัน Intel กำลังพยายามผลักดันสถาปัตยกรรม x86 ที่ได้รับความนิยมในเดสก์ท็อปและโน้ตบุ๊กและ Imagination Technologies มีสถาปัตยกรรม MIPS ที่เพิ่งได้รับมา (เช่นในภายหลัง) ถึงกระนั้น ARM ก็ครองตลาดแกนประมวลผล CPU มือถืออย่างแท้จริง

กราฟิกค่อนข้างหลากหลาย ผู้ให้บริการกราฟิกของบุคคลที่สามที่ดีที่สุดคือ Imagination Technologies ตระกูล Power VR นั้นใช้ในโปรเซสเซอร์หลากหลายประเภทรวมถึงโปรเซสเซอร์จาก Intel และ Apple ARM ได้แข่งขันกับแกนกราฟิกในตระกูลมาลีและผู้ผลิตชิปจำนวนมากสร้างกราฟิกของตนเองรวมถึง Qualcomm กับกราฟิก Adreno และ Nvidia ด้วยกราฟิก GeForce

แกน ARM ทุกที่

ARM สร้างคอร์แตกต่างกันมากมายตั้งแต่คอร์เล็ก ๆ ที่ใช้ในอุปกรณ์ทุกประเภทไปจนถึงซีรีส์ Cortex ที่มักจะเห็นในโปรเซสเซอร์มือถือ แม้ที่นี่จะมีตัวเลือกมากมายตั้งแต่ Cortex-A9 (ใช้ในโทรศัพท์ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน) ไปจนถึง Cortex-A15 ที่ทรงพลังกว่าใหม่และ Cortex-A7 ที่ประหยัดพลังงาน

Cortex-A9 เป็นหัวใจสำคัญของแอพพลิเคชั่นของบุคคลที่สามมากที่สุดในช่วงสองสามปีที่ผ่านมาแม้ว่าในปีนี้ผู้ผลิตโปรเซสเซอร์แอพพลิเคชั่นจำนวนมากจะย้ายไปออกแบบใหม่ หลายรุ่นมีพื้นฐานมาจาก Cortex-A15 ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและ / หรือ Cortex-A7 ซึ่งได้รับการออกแบบให้ใช้พลังงานน้อยลง A15 มีพื้นที่แอดเดรสแบบฟิสิคัล 40 บิตแม้ว่าแต่ละเธรดสามารถเข้าถึง 32- บิตเท่านั้นและมีสถาปัตยกรรมใหม่ซึ่งควรมีประสิทธิภาพมากกว่า Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson และ Texas Instruments ได้ประกาศแผนการทั้งหมดสำหรับโปรเซสเซอร์ที่ใช้คอร์นี้

Cortex-A7 นั้นน่าสนใจเพราะมันถูกออกแบบมาให้ใช้พลังงานน้อยลงอย่างมากและเล็กกว่า Cortex-A9 ดังที่คุณเห็นในแผนภูมิข้างต้นการใช้ Cortex-A7 ขนาด 28 นาโนเมตรนั้นเล็กมาก - น้อยกว่าครึ่งมิลลิเมตรและใช้เพียงหนึ่งในสามของพลัง 40nm Cortex-A9 ในขณะที่มันอาจแตกต่างกันเล็กน้อยจากการใช้งานโดยทั่วไป A7 คอร์แต่ละตัวคาดว่าจะใช้พลังงานน้อยกว่า 100 มิลลิวัตต์เมื่อเทียบกับยอดสูงสุด 200 ถึง 300 มิลลิวัตต์สำหรับ A9 และสูงสุด 500 มิลลิวัตต์สำหรับ A15

แต่แรงผลักดันที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ ARM คือสิ่งที่เรียกว่าสถาปัตยกรรมใหญ่ LITTLE ซึ่งจับคู่ A7 และ A15 ในการออกแบบดังกล่าวชิปอาจมีหลายคอร์ในแต่ละสถาปัตยกรรมโดยคอร์ที่ใช้พลังงานต่ำใช้เวลาส่วนใหญ่และชิปจะเปลี่ยนเป็นคอร์ที่มีกำลังสูงเมื่อต้องการประสิทธิภาพเพิ่มเติมบางทีอาจใช้การคำนวณที่ซับซ้อนภายใน เกมหรือแม้แต่ JavaScript ที่ซับซ้อนในเว็บเพจ

ขณะนี้ผู้ได้รับใบอนุญาตของสถาปัตยกรรมที่รวมกัน ได้แก่ CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile และ Samsung Electronics การประกาศครั้งแรกของเรื่องนี้คือ Exynos 5 Octa ของ Samsung แต่ผู้ค้ารายอื่นเช่น Renesas ดูเหมือนจะปิดท้าย ในการแสดง ARM แสดงให้เห็นว่าการรวมกันขนาดใหญ่เล็ก ๆ น้อย ๆ สามารถประหยัดพลังงานได้อย่างไร

A15 และ A7 จะตามมาด้วย Cortex-A57 และ A53 ซึ่งจะเข้าร่วมในโครงการใหญ่ LITTLE ด้วย A53 ที่ใช้พลังงานต่ำใช้เวลาส่วนใหญ่ แต่ A57 พร้อมใช้เมื่อต้องการพลังงานมากขึ้น ในขณะที่สิ่งเหล่านี้เป็นโปรเซสเซอร์ที่มีความสามารถ 64- บิต แต่เริ่มแรกพวกเขาจะทำงานกับระบบปฏิบัติการแบบ 32 บิตซึ่งไม่สามารถอยู่ได้มากกว่า 4GB ซึ่งเป็นขีด จำกัด ของตัวประมวลผลแบบ 32 บิตภายใต้สถานการณ์ส่วนใหญ่ (แกนประมวลผลเหล่านี้จะค้นหาวิธีการในโปรเซสเซอร์ที่มุ่งตลาดเซิร์ฟเวอร์ซึ่งจำเป็นต้องใช้หน่วยความจำขนาดใหญ่ขึ้น)

แต่เราไม่ได้เห็นเพียงวิธีเดียว ดูเหมือนว่าผู้ผลิตโปรเซสเซอร์ทุกรายมีวิธีการที่แตกต่างกันสำหรับโปรเซสเซอร์ระดับสูง Samsung และ Renesas เสนอ A15 สี่รุ่นและ A7 A7 สี่เครื่อง Nvidia กำลังอัด A15 เต็มกำลังสี่ตัวพร้อมกับแกนพลังงานต่ำ MediaTek และอื่น ๆ ใช้เพียงสี่ A7s ST-Ericsson กำลังส่งเสริมคอร์ A9 แต่ด้วยความเร็วที่เร็วกว่า

แล้วมี บริษัท ที่มี "ใบอนุญาตสถาปัตยกรรม" สิ่งเหล่านี้ทำให้ บริษัท ต่างๆสามารถสร้างคอร์ที่มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ แต่ก็ยังเข้ากันได้กับสถาปัตยกรรม ARM สถาปัตยกรรมนั้น - ชุดคำสั่งที่มีประสิทธิภาพ - มีหลายรูปแบบด้วย A9, A7 และ A15 ทั้งหมดใช้สิ่งที่เรียกว่า ARMv7 A53 และ A57 ที่กำลังจะมาถึงใช้รูปแบบที่ใหม่กว่าซึ่งรองรับการประมวลผลแบบ 64 บิตหรือที่เรียกว่า ARMv8

บริษัท หลายแห่งมีใบอนุญาตประกอบวิชาชีพสถาปัตยกรรม บางทีที่รู้จักกันดีที่สุดคือ Qualcomm ซึ่งใช้คอร์ "Krait" ในโปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน (แม้ว่าจะใช้ A7s ที่ระดับต่ำสุด) Krait เป็นคอร์ที่เข้ากันได้กับ ARMv7 Marvell ออกแบบแกนของตัวเองในสายการผลิตของ Armada Apple ไม่เปิดเผยรายละเอียดส่วนใหญ่เกี่ยวกับโปรเซสเซอร์ แต่คาดว่าจะออกแบบคอร์ของตัวเองสำหรับโปรเซสเซอร์ A6 และ A6X สำหรับ iPhone และ iPad แกนประมวลผลตัวแรกที่เข้ากันได้กับ ARMv8 นั้นน่าจะอยู่ในชิปเซิร์ฟเวอร์เช่น AppliedMicro X-Gene แต่ก็น่าจะเป็นไปได้ที่ บริษัท อื่น ๆ หลายแห่งที่สร้างคอร์ที่เข้ากันได้กับ ARM จะทำตามความเหมาะสม ตัวอย่างเช่น Nvidia ได้ประกาศแผนการสร้างแกนหลักของตัวเองที่ชื่อว่า "Project Denver" สำหรับโปรเซสเซอร์มือถือที่จะเปิดตัวในปี 2558

ทางเลือก x86 และ MIPS

ในขณะที่สถาปัตยกรรม ARM ควบคุมโทรศัพท์และแท็บเล็ต แต่ก็มีทางเลือกอื่น Intel ได้ทำเสียงรบกวนมากที่สุดเมื่อเร็ว ๆ นี้ด้วยชุดผลิตภัณฑ์และโรดแมพสำหรับตระกูล Atom ที่มุ่งเน้นไปที่อุปกรณ์พกพา บริษัท ได้เปิดตัวโปรเซสเซอร์ใหม่ที่มุ่งเน้นตลาดระดับล่างของสมาร์ทโฟนที่เรียกว่า Z2420 (ชื่อรหัสเล็กซิงตัน) ในงาน CES ในเดือนมกราคมและที่งาน Mobile World Congress ได้เปิดตัวแพลตฟอร์ม Clover Trail + นำโดย dual-core / สี่ - เธรด Atom Z2580 ความเร็วสูงสุด 2GHz

ในขณะที่ บริษัท ได้แสดงโทรศัพท์ที่ใช้ Atom มาระยะหนึ่งแล้วในปีที่ผ่านมาเท่านั้นที่มีโทรศัพท์ดังกล่าวออกสู่ตลาด Intel กล่าวว่าขณะนี้มี 10 การออกแบบโทรศัพท์มือถือโดยใช้ชิป Atom ในกว่า 20 ประเทศและได้รับการกล่าวขวัญถึงคุณสมบัติเช่นการสนับสนุนกล้อง HDR ที่ไม่มีการเคลื่อนไหวเบลอ โปรเซสเซอร์ Atom ปัจจุบันของ Intel ทำด้วยเทคโนโลยี 32nm แต่ บริษัท มีแผนที่จะย้ายไปใช้เทคโนโลยี 22nm FinFET ที่ใช้ในโปรเซสเซอร์หลักในช่วงปลายปีนี้ แน่นอนว่า Intel นั้นครองส่วนแบ่งตลาดโน้ตบุ๊กมาเป็นเวลานานและมีความคืบหน้ากับแท็บเล็ตและคอนเวอร์เตอร์ที่ใช้ Atom และ Core ฉันจะพูดคุยรายละเอียดเมื่อฉันไปที่ผู้ขายหน่วยประมวลผลแต่ละรายในโพสต์ถัดไป

คู่แข่งดั้งเดิมของ Intel ในโปรเซสเซอร์ x86 ของ AMD ก็อยู่ที่ Mobile World Congress ซึ่งแสดง Temash ซึ่งเป็นโปรเซสเซอร์ที่กำลังจะมีขึ้นสำหรับแท็บเล็ต Windows และไฮบริด สิ่งนี้จะมีให้ทั้งในรุ่นดูอัลคอร์และควอดคอร์และเอเอ็มดีแสดงให้เห็นว่ามันมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแพลตฟอร์ม Clover Trail ที่มีอยู่ นี้มีกำหนดจะออกในช่วงครึ่งแรกของปี 2013 เอเอ็มดียังไม่มีแพลตฟอร์มโทรศัพท์

สถาปัตยกรรมซีพียูอื่น ๆ ที่เราเคยเห็นในอุปกรณ์พกพานั้นมาจาก MIPS ซึ่งเพิ่งได้รับจาก Imagination Technologies MIPS มีสามระดับด้วยแกนประมวลผลของตระกูล Aptiv รวมถึงสาย Pro-Aptiv ที่มุ่งไปที่โปรเซสเซอร์โปรเซสเซอร์ เจ้าหน้าที่จินตนาการเห็นว่า MIPS ขายแกน 64 บิตเป็นเวลา 20 ปีและกล่าวว่า บริษัท มีเป้าหมายในการจัดส่ง 25 เปอร์เซ็นต์ของแกนประมวลผล CPU ทั้งหมดในอีกสี่ถึงห้าปีข้างหน้า สำหรับตอนนี้โปรเซสเซอร์ MIPS จำนวนมากเข้าสู่ตลาดเช่นเครือข่ายโครงสร้างพื้นฐานและกล่องรับสัญญาณ แต่ Ingenic สร้างหน่วยประมวลผลสำหรับอุปกรณ์พกพาและ บริษัท คาดว่าจะเห็นความสำคัญมากขึ้นในพื้นที่นั้น MIPS เพิ่งประกาศสถาปัตยกรรมรุ่นใหม่ที่เรียกว่า V5 และคาดว่าจะเห็นชิปเริ่มต้นในปลายปีนี้

กราฟิก: การแข่งขันที่น่าแปลกใจ

หาก ARM ครองตำแหน่งในแกนแอปพลิเคชันมือถือ Imagination Technologies ได้ครอบครองคอร์กราฟิกแบบพกพาแม้ว่าจะมีการแข่งขันเพิ่มมากขึ้นก็ตาม

จินตนาการวันนี้ส่วนใหญ่แสดงผ่าน PowerVR ซีรีส์ 5 รวมถึงส่วนขยาย 5XT ที่เพิ่มความสามารถบางอย่างที่ช่วยให้ความสามารถ OpenGL ES 3.0 ระดับสูงในวันนี้คือ SGX 544MP4 - "4" หมายถึงจำนวนแกนกราฟิก หลาย บริษัท รองรับกราฟิกในจินตนาการรวมถึง Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner และ Texas Instruments แม้ว่าโดยทั่วไป Apple จะไม่ยืนยันโปรเซสเซอร์ A6X ของ iPad ปัจจุบันมีกราฟิก PowerVR SGX 554MP4 แบบ quad-core (จินตนาการแสดงให้เห็นสิ่งนี้ที่บูธในงาน Mobile World Congress) ภายหลัง บริษัท ยืนยันว่า Samsung Exynos 5410 Octa ก็ใช้กราฟิกเหล่านั้น

ก้าวไปข้างหน้า บริษัท กำลังส่งเสริม PowerVR series 6 ซึ่งจะรองรับ DirectX 10 และ Open GL ES 3.0 สิ่งนี้จะมีให้ระหว่างหนึ่งและหกกลุ่มของกราฟิกตั้งแต่ G6100 จนถึงระดับบนสุด 6630 Imagination กล่าวว่ามีลิขสิทธิ์ 10 แบบสำหรับกราฟิก VR6

การจินตนาการกำลังผลักดันความสามารถด้านกราฟิกแยกต่างหากในรูปแบบของแกนวิดีโอ PowerVR ซึ่งรวมถึงการถอดรหัสและการเข้ารหัสวิดีโอ บริษัท กล่าวว่าผู้ได้รับใบอนุญาตได้ส่งมอบแกนหลักมากกว่า 500 ล้านชิ้น

คู่แข่งที่ใหญ่ที่สุดของ Imagination คือ ARM ซึ่งมีคอร์กราฟิก Mali GPUs (หน่วยประมวลผลกราฟิก) ARM บอกว่าตอนนี้มีใบอนุญาต 75 ใบสำหรับสิ่งนี้และคาดว่าโปรเซสเซอร์ 240 ล้านเครื่องจะจัดส่งพร้อมกับเทคโนโลยีนี้ในปี 2013 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บริษัท ส่งเสียงดังว่าการรวมกันสามารถนำมาใช้กับสิ่งต่าง ๆ เช่นคอมพิวเตอร์ GPU ได้อย่างไร และการเล่นเกมตามเวลาจริง

ภายในตระกูลมาลีมีการไล่ระดับสีหลายแบบรวมถึงตระกูลมาลี -400 และ -450 ที่มุ่งเน้นที่ตลาดสมาร์ทโฟนเป็นส่วนใหญ่และตระกูลมาลี T600 มุ่งเป้าไปที่จุดสูงสุด

ในบรรดา บริษัท ที่ใช้ Mali cores ได้แก่ Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner และ Rockchip หากคุณสังเกตเห็นบางอย่างทับซ้อนกับรายการจินตนาการนั่นเป็นเพราะบาง บริษัท ใช้กราฟิกที่แตกต่างกันในโปรเซสเซอร์ที่แตกต่างกัน

แต่บางทีคู่แข่งที่ใหญ่ที่สุดในคอร์กราฟิกที่สามารถใช้งานได้นั้นเป็นกราฟิกที่ไม่เหมือนใครซึ่งผู้ผลิตโปรเซสเซอร์แอพพลิเคชั่นหลายรายรวมอยู่ด้วย วอลคอมม์อาจประสบความสำเร็จมากที่สุดโดยใช้กราฟิก Adreno อย่างกว้างขวางในตระกูล Snapdragon ของโปรเซสเซอร์ สิ่งนี้ยังมาในรสชาติที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับตลาดที่มีไว้สำหรับชิป Nvidia อาจใช้กราฟิกเป็นตัวสร้างความแตกต่างมากที่สุดพูดถึงกราฟิคของ GeForce และวิธีนำมรดกทางเกมพีซีของตนมาใช้กับโปรเซสเซอร์มือถือ Broadcom ยังมีเทคโนโลยีมัลติมีเดียของตัวเองซึ่งรู้จักกันในชื่อ VideoCore

ฉันจะครอบคลุมผู้ขายชิปเฉพาะเพิ่มเติมในโพสต์ถัดไปของฉัน