יצרני שבבים ניידים: אבני הבניין הבסיסיות

אמנם אתה יכול לטעון כי השוק עבור מעבדי שולחן עבודה ומחברת הפך מוגבל למדי וצפוי לאחרונה, אך שוק מעבדי היישומים לטלפונים ניידים וטאבלטים נותר שוק תוסס במיוחד עם יותר מתריסר מתחרים. מעבדים אלה עוברים די מהר, כאשר התכונה החדשה הגדולה של השנה שעברה - מעבדי יישומים מרובע ליבות - הופכת להיות דבר שבשגרה השנה.

עקבתי לאן מועדות המעבדים ואיך הם צריכים להתפתח במהלך השנה הקרובה. בפוסטים הבאים אכתוב על המעבדים הספציפיים, אבל בואו נתחיל להסתכל על הרכיבים שנכנסים לשבבים.

אבני הבניין הבסיסיות

כל המעבדים הניידים כוללים גם ליבות מעבד וגם ליבות גרפיות; לרוב המכיל כמה תכונות קישוריות ו / או חומרת בסיס בסיס לחיבור לרשת סלולרית. (אפילו אז בדרך כלל, טלפונים דורשים שבב RF נפרד לחיבורים, בתוספת שבב קישוריות נפרד לדברים כמו Wi-Fi ו- Bluetooth.)

אחת הסיבות לכך שיש כל כך הרבה תחרות במרחב הנייד היא שהרוב המכריע של המעבדים לטלפונים וטאבלטים בנויים על איטרציה כלשהי של ארכיטקטורת ARM, או באמצעות ליבות ש- ARM אחזקות עצמה מעצבת, או ליבות בהתאמה אישית שנבנו באמצעות "רישיון אדריכלי", ובמיוחד כולל קוואלקום (עם ליבת ה"קריט ") ואפל במרחב הנייד.

כמובן שיש אדריכלות מתחרות. אינטל מנסה לדחוף את ארכיטקטורת ה- x86 שהייתה כל כך פופולרית בשולחן העבודה והמחברות, ול- Imagination Technologies יש גם את ארכיטקטורת MIPS שנרכשה לאחרונה (עוד על כך בהמשך). ועדיין, ARM באמת שולט בשוק ליבות מעבד ניידות.

הגרפיקה מגוונת מעט יותר. הספק הידוע ביותר של צד שלישי של ה- IP הגרפי הוא Imagination Technologies. משפחת ה- VR VR שלה משמשת במגוון רחב של מעבדים, כולל אלה של אינטל ואפל. ARM התמודדה עם משפחת ליבי הגרפיקה של מאלי ומספר יצרני השבבים יוצרים גרפיקה משלהם, כולל קוואלקום עם גרפיקה של Adreno ו- Nvidia עם גרפיקה GeForce.

ליבות זרוע בכל מקום

ARM למעשה מייצר מספר ליבות שונות, החל מליבות קטנטנות ומשומשות המשמשות בכל מיני מכשירים וכלה בסדרת Cortex הנראית בדרך כלל במעבדים ניידים. אפילו כאן, ישנן מגוון אפשרויות החל מ- Cortex-A9 (המשמש ברוב הטלפונים של ימינו) ועד Cortex-A15 החדש והחזק יותר וה- Cortex-A7 הזעיר וחסכוני החשמל.

Cortex-A9 היה לב ליבם של ליבות היישומים של צד שלישי מזה מספר שנים, אם כי השנה עוברים רבים מיצרני מעבד היישומים לעיצובים חדשים. רבים מבוססים על ה- Cortex-A15, שתוכנן לביצועים גבוהים יותר, ו / או ה- Cortex-A7, שתוכנן לשימוש פחות כוח. ל- A15 יש מרחב כתובת פיזי של 40 סיביות, אם כי חוטים פרטיים יכולים לגשת רק ל 32 סיביות, והוא מציע ארכיטקטורה חדשה שצריכה להיות חזקה יותר. מכשירי ברודקום, Nvidia, סמסונג, ST-Ericsson וטקסס הכריזו כולם על תוכניות למעבדים המשתמשים בליבה זו.

ה- Cortex-A7 מעניין, מכיוון שהוא תוכנן להשתמש בפחות כוח משמעותי ולהיות קטן משמעותית מה- Cortex-A9. כפי שניתן לראות בתרשים לעיל, יישום 28 ננומטר של ה- Cortex-A7 יכול להיות זעיר - פחות מחצי מילימטר רבוע - ולהשתמש בכשליש בלבד מהכוח של הקורטקס A9 40nm. למרות שהוא יכול להשתנות מעט לפי יישום, באופן כללי כל ליבת A7 צפויה להשתמש בפחות ממאה מיליוואט כוח, לעומת שיא של 200 עד 300 מילוואט עבור A9, ועד 500 מילוואט עבור A15.

אבל הדחיפה הגדולה ביותר של ARM היא למה שהיא מכנה ארכיטקטורה גדולה. LITTLE, המתאימה בין ה- A7 וה- A15. בתכנון כזה, לשבב יכולות להיות מספר ליבות מרובות בכל ארכיטקטורה, כאשר ליבות ההספק הנמוך פועלות רוב הזמן והשבב עובר לליבות בעלות הספק גבוה יותר כאשר הוא זקוק לביצועים הנוספים, אולי תוך הפעלת חישוב מורכב בפנים. משחק, או אפילו JavaScript מסובך בדף אינטרנט.

בעלי רישיונות שהוכרזו כרגע על הארכיטקטורה המשולבת כוללים CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile ו- Samsung Electronics. ההכרזה הראשונה על כך הייתה Exynos 5 Octa של סמסונג, אולם נראה כי ספקים אחרים כמו רנסס קרובים מאחור. בתערוכה, ARM הדגים כיצד השילוב הגדול. LITTLE יכול לחסוך אנרגיה.

אחרי A15 ו- A7 יבואו Cortex-A57 ו- A53, שיצטרפו גם הם לתכנית גדולה. LITTLE, כאשר A53 בעל הספק נמוך פועל רוב הזמן, אך ה- A57 זמין כשנדרש כוח רב יותר. אמנם מדובר בשני מעבדים בעלי יכולת 64 סיביות, אך בתחילה הם יפעלו עם מערכות הפעלה של 32 סיביות, אשר אינן יכולות להתייחס ליותר מ- 4GB, הגבול של מעבדי 32 סיביות ברוב הנסיבות. (ליבות אלה ימצאו את דרכן גם למעבדים המכוונים לשוק השרתים, שם יש צורך בזיכרון גדול יותר.)

אבל אנחנו לא רק רואים גישה אחת. נראה שלכל ספק מעבד יש גישה שונה למעבדים המתקדמים שלהם. סמסונג ורנסאס מציעות ארבע A15s וארבע A7s. Nvidia דוחף ארבעה A15s בעלי עוצמה מלאה בתוספת ליבת הספק נמוכה. MediaTek ואחרים פשוט משתמשים בארבעה A7s. ST-Ericsson מקדמת ליבות A9 אך במהירות גבוהה יותר.

ואז יש את החברות שיש להן "רישיונות אדריכליים". אלה בעצם מאפשרים לחברות ליצור ליבות שיש להן תכונות ייחודיות, אך עדיין תואמות לארכיטקטורת ARM. לארכיטקטורה זו - למעשה מערכת ההוראות - היו מספר רב של וריאציות בעצמן, כאשר A9, A7 ו- A15 כולם משתמשים במה שמכונה ARMv7. A53 ו- A57 הקרובים משתמשים בגרסה חדשה יותר התומכת במחשוב 64 סיביות, המכונה ARMv8.

לחברות רבות רישיונות אדריכליים. אולי הידוע ביותר הוא קוואלקום, שמשתמש בליבת ה"קריט "ברוב המעבדים הנוכחיים שלה (אם כי משתמשים ב- A7 בקצה הנמוך). Krait הוא ליבה תואמת ARMv7. מארוול מעצבת ליבות משלה בשורת המעבדים הארמדה שלה. אפל אינה חושפת את מרבית פרטי המעבדים שלה, אך מעריכה שהיא עיצבה ליבות משלה למעבדי A6 ו- A6X לאייפון ו- iPad. ליבות המעבד הראשונות שתואמות ARMv8 ככל הנראה נמצאות בשבבי שרת כמו ה- AppliedMicro X-Gene, אך סביר להניח שרבות מהחברות האחרות שמייצרות גרעינים תואמים ARM יבואו בעקבותיה. לדוגמה, Nvidia הודיעה על תוכניות ליצור גרעין משלה בשם "פרויקט דנוור" עבור מעבד נייד שעתיד לצאת בשנת 2015.

חלופות ה- x86 ו- MIPS

בעוד ארכיטקטורת ARM חולשת על טלפונים ניידים וטאבלטים, ישנן אלטרנטיבות. אינטל עושה את הרעש הכי הרבה בזמן האחרון עם סדרת מוצרים ומפת דרכים עבור משפחת Atom שלה שמכוונת למכשירים ניידים. החברה הראתה מעבד חדש שמכוון לקצה הנמוך של שוק הסמארטפונים שנקרא Z2420 (שנקרא קוד לקסינגטון) ב- CES בינואר, וב- Mobile World Congress חשפה את פלטפורמת Clover Trail + שלה, בהובלת הליבה הכפולה / ארבע- הברגה של Atom Z2580, הפעלה במהירות של עד 2 ג'יגה הרץ.

בעוד שהחברה מציגה טלפונים מבוססי אטום מזה תקופה מסוימת, רק בשנה האחרונה הטלפונים האלה באמת הצליחו לשווק. אינטל טוענת כי כעת יש לה עשרה עיצובים של טלפונים ניידים המבוססים על שבב ה- Atom שלה ביותר מ -20 מדינות, והיא מציינת תכונות כמו תמיכה במצלמת HDR ללא טשטוש בתנועה. מעבדי ה- Atom הנוכחיים של אינטל מיוצרים בטכנולוגיית 32 ננומטר, אך החברה מתכננת לעבור לטכנולוגיית FinFET של 22 ננומטר בה היא משתמשת במעבדי הליבה שלה בסוף השנה. כמובן שאינטל שלטה זה מכבר בפלח המחברות ועשתה התקדמות מסוימת גם עם טבליות וממירים מבוססי אטום וליבה. אדון בפרטים כשאגיע לספקי המעבדים האישיים בפוסט הבא.

יריבתה המסורתית של אינטל במעבדי x86, AMD, הייתה אף היא בקונגרס העולמי של המובייל, והציגה את Temash, המעבד הקרוב שלה המכוון לטאבלטים של Windows וכלאיים. זה יהיה זמין גם בגרסת ליבה כפולה וגם בגרעין מרובע ליבות, ו- AMD הציגה הדגמות כיצד זה ביצע את פלטפורמת Clover Trail הקיימת. זה אמור לצאת במחצית הראשונה של 2013. ל- AMD אין עדיין פלטפורמת טלפון.

ארכיטקטורת ה- CPU האחרת שראינו במכשירים ניידים מגיעה מ- MIPS, שנרכשה לאחרונה על ידי Imagination Technologies. MIPS מציעה שלוש רמות עם משפחת ליבות המעבדים של Aptiv, כולל קו ה- Pro-Aptiv המיועד למעבדי יישומים. אנשי דמיון מציינים כי MIPS מוכרת ליבות 64 סיביות במשך 20 שנה ואומרים כי לחברה יש מטרה להעביר 25 אחוז מכל ליבות המעבד בארבע-חמש השנים הבאות. נכון לעכשיו עיקר מעבדי MIPS נכנסים לשווקים כמו רשתות, תשתיות וקופות תצוגה, אך Ingenic אכן מייצרת מעבד למכשירים ניידים והחברה מצפה לראות יותר דגש בתחום זה. MIPS הכריזה לאחרונה על גרסה חדשה לארכיטקטורה, הנקראת V5, ומצפה לראות את השבבים הראשוניים בהמשך השנה.

גרפיקה: תחרות מפתיעה

אם ARM שולטת בליבות יישומים ניידים, דמיון טכנולוגיות שלטה בליבות גרפיקה ניידות, אם כי היא מתמודדת עם התחרות הגוברת.

הדמיון כיום מיוצג לרוב באמצעות סדרת ה- PowerVR 5 שלו, כולל סיומת 5XT המוסיפה כמה יכולות המאפשרות יכולות OpenGL ES 3.0. המוצלח היום הוא SGX 544MP4 - "4" מציין את מספר ליבות הגרפיקה. חברות רבות תומכות בגרפיקה של דמיון, כולל מכשירי Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner וטקסס. למרות שאפל בדרך כלל לא מאשרת זאת, מעבד ה- A6X הנוכחי של ה- iPad כולל גרפיקה PowerVR SGX 554MP4 מרובע ליבות. (הדמיון הציג זאת בדוכן שלו בקונגרס העולמי של המובייל.) החברה אישרה בהמשך כי Exynos 5410 Octa של סמסונג משתמשת גם בגרפיקה זו.

לקראת התקדמות החברה מקדמת את PowerVR סדרה 6, שתתמוך באופן טבעי ב- DirectX 10 ו- Open GL ES 3.0. זה יוצע עם אחד לשש מקבצי גרפיקה, החל מ- G6100 ועד 6630 העליונה. הדמיון אומר שיש לו 10 בעלי רישיון לגרפיקה VR6.

הדמיון דוחף גם יכולת גרפיקה נפרדת בצורה של ליבות הווידיאו של ה- PowerVR, הכוללות פענוח וקידוד וידאו. החברה טוענת כי בעלי רישיונותיה שלחו יותר מ- 500 מיליון גרעינים אלה.

בין הגרפיקה הניתנת ברישיון, המתחרה הגדולה ביותר של אימג'ינציה היא ARM, המציעה את ליבות ה- Mali GPU שלה (יחידות עיבוד גרפי). ב- ARM אומרים כי כעת יש לה 75 בעלי רישיון ומצפה כי 240 מיליון מעבדים ישלחו עם הטכנולוגיה הזו בשנת 2013. בפרט, החברה רמלה כיצד ניתן להשתמש בשילוב לדברים כמו מחשוב GPU, הדגמת צילום חישובי, זיהוי פנים, ומשחקים בזמן אמת.

במשפחת מאלי ישנן כמה דרגות, כולל המשפחות מאלי-400 ו -450 המכוונות בעיקר לסמארטפונים בשוק המוני ומשפחת מאלי-T600 מכוונת יותר לקצה הגבוה.

בין החברות המשתמשות בליבות מאלי ניתן למנות את סמסונג אלקטרוניקה, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner ו- Rockchip. אם אתה מבחין בחפיפה מסוימת עם רשימת ה- Imagination, הסיבה לכך היא שחברות מסוימות משתמשות בגרפיקה שונה במעבדים שונים.

אבל אולי המתחרים הגדולים ביותר לליבות גרפיקה בעלי רישיון הם הגרפיקה הייחודית שרבים מיצרני מעבד היישומים משלבים. קוואלקום הייתה ככל הנראה המוצלחת ביותר, תוך שימוש נרחב בגרפיקה של אדרנו במשפחת המעבדים Snapdragon שלה. זה מגיע גם בטעמים שונים, תלוי בשוק שאליו מיועד השבב. Nvidia ככל הנראה עשתה את המירב בשימוש בגרפיקה כמבדילה, מדברת על גרפיקה GeForce שלה וכיצד היא לקחה את מורשת המשחקים למחשבים שלה ויישמה זאת על מעבדים ניידים. לברודקום יש גם טכנולוגיית מולטימדיה משלה, המכונה VideoCore.

אני אתאר יותר את ספקי השבבים הספציפיים בפוסט הבא שלי.