CC BY
147
№ 6'2015 ВЕСТНИК МГУП ИМЕНИ ИВАНА ФЕДОРОВА ISSN ON-LINE: 2409-6652 © Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова_vestnik.mgup.ru
УДК 004.31
СОВРЕМЕННЫЕ МОБИЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
Иванько Михаил Александрович
доцент кафедры информатики и информационных технологий, кандидат технических наук, доцент Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А [email protected]
Архипов Артём Михайлович
студент института принтмедиа и информационных технологий Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А [email protected]
Аннотация. В статье рассматриваются современные мобильные процессоры и их технические характеристики.
Ключевые слова: Мобильные процессоры, apple, tegra, exynos, enapdragon, mediatek.
Работа современных смартфонов основана на процессоре SoC (система-на-чипе). Помимо центрального процессора, в него входит модем, видеоядро и прочие компоненты, распаянные на плате. Появление нового стандарта ОЗУ LPDDR4 также способствовало развитию новых систем, которые могут поддерживать такую память. Она более производительна и потребляет меньше энергии, что является ключевым аргументом для любой мобильной техники. Практически все мобильные процессоры построены на архитектуре ARM.
Рассмотрим модели лучших процессоров от разных производителей.
1. Apple A9
Apple A9 — 64-битный двухъядерный ARM-микропроцессор с архитектурой ARMv8 компании Apple из серии Apple Ax, изготавливаемый по новому 14-нм FinFET техпроцессу. В декабре 2013 года стало известно о подписании контракта компанией Samsung на выпуск в 2015 году следующего поколения процессоров Apple по новому 14-нм технологическому процессу на транзисторах с вертикально расположенным затвором (fin field effect transistor, FinFET). А в декабре 2014 года появилась информация о начале производства на фабрике S2 компании Samsung в Остине первой пробной партии нового чипа Apple A9 по 14-нм техпроцессу с использованием FinFET-транзисторов.
По заявлению компании Apple новый чип A9 получил прирост производительности до 70% в целом и порядка 90 % по графике по сравнению с предыдущим поколением чипов Apple A8. Также энергопотребление нового чипа снижено на 35% и его размеры уменьшились на 15 %.
Эти процессоры установлены на iPhone 6S и 6S Plus.
2. Snapdragon 801 MSM8974AC
Qualcomm Snapdragon 801 MSM8974AC — ARM-чип для топовых планшетов и смартфонов. Он производится на заводах компании TSMC на 28-нанометровом HKMG-техпроцессе и включает 4 процессорных ядра на архитектуре Krait 400, работающие на частоте до 2500 МГц. В качестве видеоадаптера используется Adreno 330 на частоте до 375 МГц.
В частности, Qualcomm Snapdragon 810 работает с четырьмя ядрами Cortex-A57 и четырьмя ядрами Cortex-A53 в гетерогенной конфигурации big.LITTLE, в которой планировщику ОС доступны все восемь ядер. Два кластера CPU соединены когерентным кэшем CCI-400 Cache Coherent Interconnect.
№ 6'2015 ВЕСТНИК МГУП ИМЕНИ ИВАНА ФЕДОРОВА
© Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова
ISSN ON-LINE: 2409-6652 _vestnik.mgup.ru
Cortex-A57 является преемником Cortex-A15. A57 привносит лишь незначительные изменения в архитектуру А15. Он по-прежнему использует спекулятивный вычислительный суперскалярный 15+ ступенчатый конвейер, где первые 12 стадий (выборки/декодирования) являются
последовательными, а последние 3-12 стадий (выдача/исполнение) — внеочередными. IPC также не изменился по сравнению с A15: декодирование до трех, выдача до восьми и перераспределение до трех (восемь каналов разной длины) команд за такт. Буфер переупорядочивания команд, влияющий на уровень параллелизма выполнения команд, который может достичь ядро, как и A15 вмещает до 128 микроопераций. Кэш L1 для инструкций увеличился до 48 Кбайт (буфер быстрого преобразования адреса (TLB) на 48 записей) по сравнению с 32 Кбайт в A15, но кэш для данных остался прежним — 32 Кбайт (TLB на 32 записи). Кэш L1 опирается на общий кэш L2.
3. MediaTek MT6797
VxeVxo *2D
i
остальных впечатляющих технических характеристик платформы. Чип MediaTek MT6797 ограничен поддержкой памяти типа LPDDR3 с частотой 993 МГц, тогда как конкурирующие платформы Qualcomm и Samsung уже давно перешли на более быструю память LPDDR4 с частотой 1600 МГц. Еще одной слабостью платформы MediaTek по сравнению с конкурирующими решениями является использование модема LTE Cat-6 (теоретическая пиковая скорость в нисходящем канале 300 Мбит/с), тогда как SoC Qualcomm поддерживает агрегацию несущих LTE Cat-9, за счет чего обеспечивается передача данных с максимальной скоростью до 450 Мбит/с.
4. NVIDIA Tegra X1
Чип MediaTek MT6797 будет использовать архитектуру MediaTek Tri-Cluster. Он получит 10 процессорных ядер, которые будут разделены на три кластера. Первый будет включать два ядра Cortex-A72, работающие с максимальной частотой 2,5 ГГц. Во второй кластер войдут четыре ядра Cortex-A53, работающие с частотой до 2 ГГц. Третий кластер — те же четыре ядра Cortex-A53, но их рабочая частота понижена до 1,4 ГГц. Подобная схема позволит максимально эффективно использовать
вычислительные ресурсы в соответствии с поставленными задачами.
Однокристалльная система MediaTek MT6797, рассчитанная на выпуск по нормам 20-нанометрового технологического процесса, также включает графическое ядро Mali-T880 MP4, работающее с тактовой частотой 700 МГц. Возможностей графической подсистемы должно хватать для кодирования и декодирования видео разрешением до 4К в формате H.265 (HEVC) с кадровой частотой до 30 к/с и поддержки экранов разрешением до 2560^1600 точек. Чипсет также способен обрабатывать данные, поступающие с камер разрешением до 25 Мп и использует технологию Native3D 2.0 для захвата стереоскопических снимков.
Отсутствие поддержки памяти типа LPDDR4 выглядит очень большим упущением на фоне
Tegra X1 объединяет графический ускоритель с 256 потоковыми процессорами и 8-ядерный CPU в конфигурации 4+4. 64-битный CPU использует технологию big.LITTLE в комбинации четырёх энергоэффективных ядер ARM Cortex-A53 и четырёх мощных Cortex-A57. По словам NVIDIA, Tegra X1 удваивает производительность по сравнению с K1 при одинаковом уровне энергопотребления.
X1 выглядит как существенный шаг вперёд. Кстати, нельзя не отметить, что NVIDIA решила использовать ядра ARM Cortex, а не собственные Denver. Это позволяет ускорить вывод нового чипа на рынок и вполне соответствует тенденциям — Qualcomm в новом флагманском чипе Snapdragon 810 тоже сделала выбор в пользу стандартных ядер ARM.
Стоит отметить, что Tegra X1 производится с соблюдением 20-нм норм, умеет воспроизводить видео в разрешении 4K при 60 кадрах/с в современных форматах H.265 (HEVC) или аналогичном Google VP9. Среди поддерживаемых графическим ускорителем технологий присутствуют DirectX 12, OpenGL 4.5, CUDA, OpenGL ES 3.1 и Android Extension Pack.
NVIDIA поделилась показателями относительной производительности Tegra X1 по сравнению с предшественником K1 и одним из самых мощных мобильных чипов Apple A8X, используемом в планшете iPad Air 2
NVIDIA утверждает, что Tegra X1 является первым мобильным чипом, который способен обеспечить теоретическую производительность при
№ 6'2015 ВЕСТНИК МГУП ИМЕНИ ИВАНА ФЕДОРОВА
© Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова
ISSN ON-LINE: 2409-6652 _vestnik.mgup.ru
вычислениях операций уровне 1 терафлопс. 5. Exynos 7580
с плавающей запятой на
Компания Samsung анонсировала нового представителя семейства Exynos — 8-ядерный чип 7 Octa. Однокристальная система использует четыре ядра Cortex-A57 и столько же Cortex-A53. Чип выполнен по нормам 20-нанометрового процесса. В сравнении с Exynos 5 производительность выросла на 57 процентов. Любопытно, что в своем сообщении Samsung даже не упомянула о том, что 7 Octa является 64-битным чипом.
Интерес к 64-битным мобильным чипам возрос, когда Apple представила iPhone 5S с процессором A7 собственной разработки. Выход операционной системы Android 5.0 Lollipop спровоцировал новую волну спроса на 64-битные чипы для мобильных устройств. Первым все прелести 64-битной совместимости Android испытает на себе планшет Nexus 9 на базе процессора NVIDIA Tegra K1 Dual Denver. Похоже, Samsung будет следующей.
Как было отмечено выше, Exynos 7 Octa использует преимущества высокой
производительности Cortex-A57 и низкого энергопотребления Cortex-A53.
Новый чип собрал в себе все достижения в области ARM-технологий. Exynos 7 Octa построен с использованием 20-нанометрового процесса, ранее реализованного в чипе Exynos 5430 в смартфоне Samsung Galaxy Alpha. Результат — большой прирост производительности, дополнительное снижение энергопотребления и улучшенная графика. Графический ускоритель Mali T-760 GPU, по словам Samsung, обеспечил 74-процентный прирост по сравнению с графикой Exynos 5. Реализованная здесь технология Heterogeneous Multi Processing позволяет управлять ядрами в зависимости от рабочей нагрузки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ARM-ы для самых маленьких [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://habrahabr.ru/post/189484/ (дата обращения: 26.11.2015).
2. Apple A9 маленьких [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Apple_A9 (дата обращения: 26.11.2015).
3. Qualcomm Snapdragon 801: обзор и измерение производительности маленьких [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.thg.ru/ cpu/obzor_qualcomm_snapdragon_801/ (дата обращения: 26.11.2015).
4. MediaTek сравнили с Snapdragon маленьких [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://chezasite.com/news/mediatek-helio-x20-vs-qsd-810-87071.html (дата обращения: 26.11.2015).
5. NVIDIA Tegra X1 маленьких [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.overclockers.ru/hardnews/67894/nvidia-tegra-x1-podarit-zhizn-android-planshetu-i-portativnomu-igrovomu-ustrojstvu.html (дата обращения: 26.11.2015).
MODERN MOBILE PROCESSORS
Мichail Aleksandrovich Ivanko
Moscow State University of Printing Arts 127550Russia, Moscow, Pryanishnikova st., 2А
Artem Mihailovich Arkhipov
Moscow State University of Printing Arts 127550Russia, Moscow, Pryanishnikova st., 2А
Annotation. In the article the modern mobile processors and their technical
Keywords: Mobile processors, apple, tegra, exynos, snapdragon, mediatek.
