ARM Cortex-A15 MPCore - další porce výkonu pro mobilní zařízení
21. 3. 2012 07:00 Rubrika: Technologie Autor: Jakub Pavlis
RISC procesory navrhované firmou ARM a vyráběné v licenci řadou dalších firem Applem počínaje a Texas Instruments konče zaznamenávají obrovský úspěch, zejména u vícejádrových modelů. Důvodem je vzrůstající obliba smartphonů a tabletů. Intel nechce zaspat a chystá superúsporné Atomy. Co na to ARM? Odpověď máte v nadpisu a podrobnosti následují.
V současné době nejluxusnějším smartphonům kralují čtyřjádrové procesory založené na jádrech ARM Cortex A9 a vyráběné povětšinou 45nm procesem. A do tohoto světa vpadá nový návrh se dvěma jádry, které se výkonem vykonávají, navíc většinou i předčí své konkurenty. Nevím, jak se výrazné navýšení výkonu v kategorii mobilních zařízení projeví, pravděpodobně už příliš velkou revoluci nespustí, ale přesto se máme na co těšit. Rychlejší odezva, vyšší výkon při stejné nebo nižší spotřebě, lepší možnosti, které budou výrobce tlačit k jejich využití i třeba lepšími osazovanými displeji – prostě krásná nová generace.
Jak se toho podařilo docílit? Skládá se nám samozřejmě hned několik hledisek. Předně je to pokročilejší výrobní proces, TSMC i Global Founderies by měly mít k dispozici bezproblémovou 28nm technologii připravenou k náběhu na plnou výrobu snad už toto čtvrtletí, navíc minimálně TSMC již je schopna představit testovací vzorky čipů vyrobených 20nm technologií, i když je otázkou, zda ta nebude určena až pro další generaci procesorů, neboť zavedení sériové výroby rozhodně není totéž jako výroba zkušební série. Počítá se s ní až na rok 2013. Je ale i možnost, že některý z hráčů se pokusí na nějakou dobu dostat k této technologii exkluzivně dříve, to by byla přeci jen krásná konkurenční výhoda (která by třeba Applu jistě hrála do noty).
S pokračující miniaturizací souvisí možnost nastavit vyšší frekvence při zachování stejného TDP a možnost lépe chladit výkonnější procesory. Nesmíme zapomínat, že ARM procesory jsou chlazené pasivně! U Cortexu A15 se počítá s pracovním taktem od 1 GHz po 2,5 GHz, a to bez ohledu na počet jader, kterých může být až 16. Ovšem do mobilů se zatím počítá pouze s dvoujádry a během roku přibudou i čtyřjádra. Vícejádrové systémy, bude-li po nich poptávka, zamíří spíše do síťových komponent nebo serverů či možná do domácích multimediálních center. Tam už se dá ovšem počítat s lepší možností návrhu chlazení, byť třeba jen s komínovým efektem, než v uzavřených telefonech a tabletech.
Další věcí jsou úpravy samotné architektury, pokročilé optimalizace a nové algoritmy práce nových jader. Dá se říci, že dnešní návrh by byl rychlejší než generace Cortex-A9 i v případě, že by šlo o tutéž výrobní technologii. K návrhu si přidáme i nějaká „tvrdá“ data.
Architektura má název ARMv7A, je superskalární a umí počítat požadavky mimo pořadí (out-of-order) a má dvoustupňovou L-cache. První stupeň má 32 bitů pro data a 32 bitů pro instrukce, L2 může dosahovat kapacity až 4 MB. Technologie paměťového řadiče (LPAE) umožňuje adresovat až 1 TB operační paměti (u mobilu úsměvné, ale u úsporného serveru přímo esenciální) a provádět na ní korekce chyb (opět spíše serverová záležitost ECC pamětí). Pro toto nasazení je zajímavá i hardwarová podpora virtualizace, ale vzhledem k výkonu si do budoucna umím představit i využití v mobilech či tabletech – co si třeba na jednoduchém linuxovém základě nasimulovat Android i Windows a používat od každého to nejlepší...
Jednotlivá jádra lze opět dovybavit jednotlivými moduly jako FPU pro výpočty s plovoucí řadovou čárkou nebo NEON SIMD pro zpracování multimédií a 3D obrazu. NEON samozřejmě mohou nahradit nebo doplnit vlastní grafické čipy výrobců (například NVIDIA u Tegry používá vlastní řešení, což je hlavní výhoda oproti konkurenci), ale i tak se ARM chlubí tím, že pomocí HDMI lze přenést kvalitní obraz zpracovaný na rozlišení 2560 x 1600 pixelů. Důležitá je technologie AMDA 4 CCI, která spravuje porty a vyrovnávací paměť mezi škálovanými jádry ve vícejádrových systémech.
Prozatím nejsou k dispozici kvalitní a ověřené benchmarky, ale jeden z předních výrobců, Samsung, se vyjádřil ve smyslu, že jeho Cortex-A15 procesory Exynos 5250 taktované na 2 GHz jsou se dvěma jádry jsou dvojnásobně rychlejší oproti předchůdcům s jádry Cortex-A9 na frekvenci 1,5 GHz. Výkon v některých 3D aplikacích se zvedl až o 400% a při tom se ještě podařilo trošku snížit spotřebu.
ARM procesory se zcela zjevně dostávají výkonem do oblastí, které byly ještě nedávno vyhrazeny procesorům x86. Schyluje se tedy k zajímavému roku, kdy se na jedné straně budou snažit ARM procesory dostat do mini notebooků nebo i nejlevnějších multimediálních přístrojů a na druhé straně s nimi na poli telefonů a zejména tabletů bude bojovat nejnovější Intel Atom Z2460 a jeho následovníci.
