Принципы работы процессоров для мобильных устройств
Площадь мобильных чипов составляет 12× 12 мм, а настольных 45× 43 мм. Однако по структуре и принципу работы большинство первых радикально отличаются от вторых. По сути дела, все настольные процессоры от AMD и Intel до сих пор используют разработанную еще в далеком 1978 году (кстати, все той же корпорацией Intel) архитектуру х86 и соответствующий ей набор команд CISC (Complex Instruction Set Computer – компьютер с полным набором команд).
Это означает, что при запуске, скажем, графического редактора процессор отрабатывает всю цепочку команд – он обеспечивает и загрузку всех фильтров, эффектов и прочих функций. Для этого, paзумеется, требуется немалая вычислительная мощность. А вот в смартфонах и планшетных ПК, которые, как правило, работают под управлением операционных систем Android или i. OS, напротив, используются процессоры типа RISC (Reduced Instruction Set Computer – компьютер с упрощенным набором команд). Именно такие чипы отвечают за значительно меньший объем команд, например при открытии какого-либо приложения они загружают только его основные функции, а необходимые модули подгружают по ходу работы. Благодаря огромному количеству небольших и точных команд смартфон обеспечивает высокую скорость работы, несмотря на то, что по производительности мобильный процессор значительно уступает настольным. В целом же все мобильные ЦПУ (например, Intel Sandy Bridge) работают медленнее. настольных, хотя прямое сравнение производительности затруднительно ввиду больших различий между приложениями для настольных ПК и смартфонов
Мобильные микрочипы состоят из тех же элементов, что и настольные, но у них есть некоторые дополнительные компоненты, поэтому они называются «системами на кристалле » (System on Chip сокращенно So. C). Количество ядер. Смартфоны и планшеты начального уровня имеют, как правило, лишь один процессор с одним ядром, кэш-памятью и контроллером памяти. Устройства среднего и топового класса, напротив, оснащены двухъядерными процессорами. В самом скором времени ожидается появление процессоров с четырьмя или пятью ядрами, как на настольных ПК. Графический процессор, как и в системах для настольных ПК, вывод изображения на дисплей обеспечивает размещенный на кристалле процессора графический чип. Процессор обработки изображения, этот микрочип отвечает за съемку фотографий и видеороликов в смартфонах. Видеопроцессор. Процессор кодирования и декодирования видеоизображения отвечает за воспроизведение записанных видеороликов. Аудиопроцессор, записью звука через микрофон и его дальнейшим воспроизведением через динамики или наушники ведает встроенный в чипсет аудиопроцессор.
Микрочип обеспечивает выполнение всех последовательностей команд на телефоне или планшетном ПК. Например, он выполняет быструю загрузку системы и программ, плавное воспроизведение видео и игр, а также показ фотографий и фильмов. Мобильные процессоры отвечают также за работу всех компонентов, размещенных на системной плате смартфонов и планшетов. UMTS/WLAN. Данные беспроводные модули установлены на системной плате смартфона или планшетного ПК – они необходимы для подключения к Интернету. Bluetooth. Этот модуль служит для беспроводного обмена данными между, например, смартфоном и компьютером. USB-контроллер. Когда пользователь подключает свой планшет к ПК посредством USB-кабеля, центральный процессор устанавливает соединение, используя USB-контроллер. Кардридер. Микрочип управляет также операциями чтения/ записи данных на карту памяти, например формата micro. SD. HDMI. Благодаря этому разъему мультимедийный контент при непосредственном участии процессора попадает со смартфона на телевизор. Камера. Независимо оттого, что вы снимаете – фото или видео, чип управляет всеми процессами, сопровождающими эти операции.
Производители мобильной техники предъявляют к микрочипам гораздо более высокие требования, чем к настольным процессорам. Так, мобильные чипы не должны потреблять много энергии, иначе аккумулятор разрядится уже через несколько часов. Кроме того, смартфон или планшетный ПК не допускают установку активного охлаждения (кулера), поскольку имеют слишком тонкий корпус. Посему производители волей-неволей должны выпускать такие чипы, которые выделяют мало тепла: толщина токопроводящих соединений в мобильных кристаллах постоянно уменьшается. Это, в свою очередь, благоприятно сказывается на производительности, поскольку на кристалле удается разместить больше транзисторов. Кроме того, Миниатюрные полупроводниковые элементы пропускают меньший ток, в результате меньше энергии преобразуется в тепло
. Вот красноречивый пример стремительного развития технологий: ширина токопроводящих дорожек процессора Snapdragon S 1 QSD 8650 от Qualcomm, представленного в 2008 году, составляла 65 нм. У его преемника Snapdragon S 2 (2010 год) ширина соединений доведена уже до 45 нм, благодаря чему этот процессор потребляет почти на 30% меньше энергии. Кстати говоря, энергопотребление практически не зависит от количества встроенных ядер. Это можно пояснить так: одноядерный процессор при воспроизведении HDвидео работает на максимальной тактовой частоте (например, на 1 ГГц), двухъядерному процессору достаточно для этого 500 МГц. А при работе на низкой частоте современные процессоры способны автоматически снижать рабочее напряжение. Как результат новейшие двухъядерные процессоры с тактовой частотой 500 МГц выполняют любые операции намного быстрее, потребляя при этом приблизительно столько же энергии, что и одноядерные гигагерцевые микрочипы.
Мобильные процессоры состоят из компонентов разных производителей. Главный элемент почти всех моделей – это центральный процессор на архитектуре ARM.
А такие монстры, как Apple или NVIDIA, дополняют их соответствующими графическими и аудиопроцессорами, разрабатывают дизайн всего чипа и поручают конечное изготовление другим компаниям. На мобильном рынке до сих пор доминируют две СИЛЫ: Samsung, выпускающий чипы Exynos для собственных смартфонов Galaxy и планшетных ПК, а также А 5 для i. Pad 2 и i. Phone 4 S, и компания TSMC, которая производит процессоры для Qualcomm, NVIDIA и Marvell. Компании Intel и AMD, известные своими настольными чипами, на рынке мобильных процессоров представлены в незначительной степени. И хотя они тоже изготавливают мобильные чипы, эти изделия не подходят для мобильных устройств под управлением Android или i. OS. В некоторых планшетах, работающих под Windows 7, можно найти процессоры Intel Core і, пример тому – ASUS Еее Slate. То же самое относится и к процессорам Fusion от AMD: и здесь, хотя и редко, встречаются модели под управлением Windows 7, оснащенные этим чипом, например Acer Iconia W 500. Однако планшетные ПК с этой операционной системой используются, как правило, только в корпоративной среде. В настоящее время оба чипмейкера не имеют в своем арсенале подходящих процессоров для смартфонов, но в 2012 году Intel намерена устранить этот изъян, представив новинку под названием Medfield. Компания же AMD пока не планирует залезать на чужое поле, ограничиваясь производством процессоров для планшетов под управлением Windows: так, новый двухъядерный Z-03 работает на тактовой частоте 1 ГГц и имеет встроенный графический чип Radeon HD 6250.
Процессор NVIDIA Tegra 4 использует самые мощные в истории процессорные ядра ARM, а также энергосберегающее ядро второго поколения, чтобы обеспечить рекордный уровень производительности и продолжительности работы от батареи. Процессор ARM Cortex-A 15 – это основной двигатель Tegra 4, в то время как Tegra 4 i обеспечивает мощностью новый процессор ARM Cortex-A 9 r 4, который был назван ARM с помощью NVIDIA самым энергоэффективным процессорным ядром в своем классе.
ARM Процессоры, характеристики ARM-процессоров. Cердце любого девайса, работающего под управлением Google Android OS – процессор, построенный на архитектуре ARM – это как обозначение типа архитектуры процессора (Advanced RISC Machine), так и название компании-холдинга, которая занимается разработкой 32 -битных процессоров на базе RISC-топологии. Заметьте, компания не занимается производством как таковым. Она лишь разрабатывает сами процессоры, а доход имеет с продажи лицензий на изготовление процессоров другим компаниям. Вот основной список лицензиатов: Alcatel-Lucent, Apple Inc. , Atmel, Broadcom, Cirrus Logic, Digital Equipment Corporation, Freescale, DEC, LG, Marvell Technology Group, Microsoft, NEC, Nintendo, Nvidia, Sony, Oki, ON Semiconductor, Qualcomm, Samsung, Sharp, STMicroelectronics, Symbios Logic, Texas Instruments, VLSI Technology, Yamaha и Zii. LABS (Creative).
ARM Процессоры VIA 8505 -Поддержка рабочих частот 300 - 600 MHz VIA 8650 -Поддержка рабочих частот 600 - 800 MHz Rockchip 2808 -Поддержка рабочих частот 600 - 800 MHz Rockchip 2818 -Поддержка рабочих частот 600 - 800 MHz Telechips 8902 -Поддержка рабочих частот 600 - 800 MHz Qualcomm MSM 7227 -Рабочая частота 600 MHz Zenithink ZT-180 -Поддержка рабочих частот 600 - 1000 MHz Marvell NS 166 -Поддержка рабочих частот 800 - 1000 MHz Freescale MX 515 -Поддержка рабочих частот 600 - 1200 MHz Infotm X 220 -Поддержка рабочих частот 800 - 1000 MHz Samsung S 5 PV 210 -Поддержка рабочих частот 800 - 1000 MHz Samsung S 5 PC 110 -Поддержка рабочих частот 600 - 1000 MHz Ingenic JZ 4770 Xburst-Поддержка рабочих частот 1000 MHz. Telechips 8803 -Поддержка рабочих частот 800 -1200 MHz AMLogic 8726 -M-Поддержка рабочих частот 800 -1200 MHz Boxchip All. Winner A 13 -Поддержка рабочих частот до 1000 MHz Boxchip All. Winner A 10 -Поддержка рабочих частот 1000 -1500 MHz Rockchip 2918 -Поддержка рабочих частот 800 -1200 MHz VIA Wonder. Media 8850 -Поддержка рабочих частот 800 -1500 MHz Media. Tek MT 6575 -Рабочая частота 1000 MHz
Процессоры грядущих смартфонов и планшетов 2014 год до сих пор не был особенно «урожайным» в плане мобильных процессоров. Тем временем общественности не терпится побыстрее оценить возможности 64 -битной архитектуры ARMv 8. Новые процессоры, равно как и операционная система Android L, чье название может поменяться, грядут осенью. Qualcomm, Media. Tek, Samsung и Nvidia подготовили свои новые разработки в этом направлении, которые увидят свет в конце текущего или начале следующего года. А пока самое время поговорить о них.
Архитектура: 801 — 32 -битная; 805 — 32 -битная; 410 — 32/64 -битная; 615 — 32/64 битная Количество ядер: 801 — четыре; 805 — четыре; 410 — четыре; 615 — восемь Ядра процессора: 801 — 4 x Krait 400; 805 — 4 x Krait 450; 410 — 4 x Cortex-A 53; 610 — 4 x Cortex-A 53; 615 — 8 x Cortex-A 53 Тактовая частота (мегагерц): 801 — 2450; 805 — 2700; 410 — 1400; 610 — 1700; 615 — 4 ядра по 1700 и еще 4 ядра по 1000 Графический процессор: 801 — Adreno 330; 805 — Adreno 420; 410 — Adreno 306; 610 — Adreno 405; 615 — Adreno 405 Скорость LTE-A (категория, мегабит в секунду): 801 — категория 4, 150; 805 — категория 6, 300; 410 - категория 4, 150; 610 — категория 4, 150; 615 — категория 4, 150 Максимальное разрешение поддерживаемой процессором камеры (мегапикселей): 801 — 21; 805 — 55; 410 — 13, 5; 610 — 21; 615 — 21 Максимальное поддерживаемое процессором разрешение экрана устройства: 801 — 2 K; 805 — 4 K; 410 — WUXGA; 610 — 2 K; 615 — 2 K Технологический процесс: 801 — 28 -нанометровый; 805 — 28 -нанометровый; 410 — 28 -нанометровый; 615 — 28 -нанометровый
А теперь настала пора посмотреть на технические характеристики процессоров Media. Tek, сопоставив их друг с другом. Архитектура: MT 6592 — 32 -битная; MT 6595 — 32 -битная; MT 6732 — 32/64 -битная; MT 6795 — 32/64 битная Количество ядер: MT 6592 — восемь; MT 6595 — восемь; MT 6732 — четыре; MT 6795 — восемь Ядра процессора: MT 6592 — 8 ядер Cortex-A 7; MT 6595 — 4 ядра Cortex-A 17, 4 ядра Cortex-A 7; MT 6732 — 4 ядра Cortex-A 53; MT 6795 — 8 ядер Cortex-A 53 Тактовая частота (мегагерц): MT 6592 — 1700/2000; MT 6595 — 4 по 2500, 4 по 1700; MT 6732 — 1500; MT 6795 — до 2200 Графический процессор: MT 6592 — Mali-450 MP; MT 6595 — Power. VR G 6200; MT 6732 — Mali-T 760; MT 6795 — Power. VR G 6200 Скорость LTE-A (категория, мегабит в секунду): MT 6592 — отсутствует; MT 6595 — категория 4, 150; MT 6732 — категория 4, 150; MT 6795 — категория 4, 150 Максимальное поддерживаемое процессором разрешение камеры (мегапикселей): MT 6592 — 16; MT 6595 — 20; MT 6732 — 13; MT 6795 — 20 Максимальное поддерживаемое процессором разрешение экрана устройства: MT 6592 — 1080 p; MT 6595 — 2 K; MT 6732 — 2 K; MT 6795 — 2 K Технологический процесс: MT 6592 — 28 -нанометровый; MT 6595 — 28 -нанометровый; MT 6732 — 28 нанометровый; MT 6795 — 28 -нанометровый
Скачать презентацию Принципы работы процессоров для мобильных устройств
Сева.pptx