Процессор в смартфоне. Какой он? - Часть 1

Смартфон или планшет –  уже настолько обычная вещь, что многие даже не вспоминают, что каких-то 10-15 лет назад об этом только могли мечтать, такое можно было увидеть только в фантастическом фильме или прочитать в книге. Сейчас смартфон или планшет позволяют выполнять задачи, которые раньше были доступны только на домашнем компьютере или ноутбуке. Теперь с помощью своего мобильного друга можно: смотреть фильмы, играть в крутые 3D-игры, общаться в социальных сетях. Но не каждый знает, что смартфону или планшету для обеспечения плавной, четкой и красочной картинки, а также быстрой работы с интерфейсом, необходим мощный процессор.

Skyrim на планшете??

Сейчас стало слишком много моделей смартфонов и планшетов, и в каждом из них используется разный процессор, который дает разные возможности. Особенно тяжелый выбор для тех, кто хочет сэкономить и купить себе недорогой планшет или смартфон у китайских производителей, т.к. там путаница ещё больше. Но, чтобы стало легче при выборе очередного мобильного устройства, в этой статье я попробую описать основные модели процессоров различных производителей. В конце будет довольно большая таблица, которая потребует некоторой технической подготовки, чтобы её понять, но всё по порядку.

Типичный планшет

Разные архитектуры

Для начала лучше начать с архитектур процессоров, наиболее распространены на мобильном рынке три архитектуры:ARM, MIPS и x86. ARM – на данный момент, занимает лидирующие позиции по количеству процессоров на этой архитектуре, брат близнец MIPS – усиленно пытается отобрать пальму первенства, ну, а x86 это новичок в смартфонах и планшетах – характеризуется очень большим аппетитом к аккумулятору.

MIPS – довольно универсальная RISC архитектура, которая успела побывать во многих устройствах, начиная от контроллеров и заканчивая серверами, в том числе процессор на этой архитектуре используют такие известные в прошлом бренды, как PlayStation 2 и PlayStation Portable. При этом существует и 32-битная и 64-битная версия архитектуры. MIPS-процессоры поддерживает не только Android, но и Linux, а также старые версии Windows NT (до 4.0). Данная архитектура активно соперничает с ARM по эффективности использования транзисторного бюджета процессора (т.е. создать как можно более маленький процессор, но с высокой производительностью при малом энергопотреблении). Процессоров на этой архитектуре для смартфонов выпущено мало, но недавно представители MIPS заявили, что с новой версией архитектуры под названием proAptiv смогут обогнать по эффективности ARM.

Наименее ожидаемая архитектура в процессорах смартфонов это x86, её представлять никому не надо, она есть у каждого в компьютере или ноутбуке. Процессоры Pentium, Athlon, Core, Celeron, Phenom являются обладателями этой архитектуры, x86 давно имеет в своем составе такие технологии, как внеочередное выполнение команд или супер скалярные конвейеры, которые только недавно стали появляться в ARM. Но в отличие от конкурентов она относится к CISC-архитектурам. В основном продвижением этой архитектуры в смартфоны занимается Intel. AMD – тоже пытается смотреть в эту сторону, но пока у неё получаются довольно прожорливые процессоры, которые максимум можно использовать только в планшетах.

ARM – ещё один представитель RISC архитектур, наиболее успешный в мобильном сегменте. К концу 2012 года новые процессоры ARM достигли производительности бюджетных моделей Core Duo для ноутбуков, а к следующему году новая версия архитектуры собирается выйти на серверный рынок. Большая часть процессоров смартфонов и планшетов представлена именно на этой архитектуре, поэтому её стоит рассмотреть подробнее.

Версии архитектуры ARM

Существует несколько версий ARM архитектуры, среди них наиболее интересны 4 последних.
 ARMv5 – является одной из первых версий, которая начала эпоху бурного проникновения ARM процессоров в телефоны. Процессоры этой версии встречались во многих смартфонах того времени под разными ОС: Windows Mobile, Symbian, Android. Начиная с этого поколения, в процессоре появился многоступенчатый конвейер и аппаратная поддержка Java машины. Наиболее производительные ядра, которые были в этом семействе, принадлежали к классу с названием ARM9. Архитектура очень старая, но компании VIA это не помешало, чтобы выпустить очень дешевые чипы (WonderMedia WM8505/WM8650) на этой архитектуре, которые не имели GPU и на которых невозможно было смотреть видео, но при этом они устанавливались в планшеты с Android.

Разогнанная версия WM8505, которая всеравно не могла обеспечить хорошую производительность

ARMv6 – на голову была производительнее своей предшественницы. По сравнению с предыдущей версией здесь были следующие улучшения:

·        Улучшена работа с кэшем

·        Введена поддержка некоторых мультимедиа инструкций для видео и аудио

·        Увеличен и переработан конвейер для поддержания более высоких частот

·        Блок предсказания ветвлений.

Ядра, созданные на этой архитектуре, носили название ARM11.

ARMv7 – текущая версия, которая фактически завоевала весь рынок смартфонов и планшетов. Эта версия архитектуры делится на подклассы, объединённые одним общим название Cortex. Внутри семейства по подклассам имеются очень большие различия, но в основном ARMv7 отличается от предыдущей гораздо более возросшей производительностью:

·        Улучшенный конвейер, позволяющий достигать ещё больших частот.

·        Улучшенная производительность на ватт.

·        Улучшен предсказатель ветвлений.

·        Внедрено внеочередное выполнение команд (не все подклассы)

·        Внедрен сильный сопроцессор FPU (VFP)

·        Внедрена поддержка мультимедийных команд SIMD (NEON), некоторое подобие SSE, MMX.

Блок схема типичного процессора на архитектуре ARMv7 

Существует довольно  много подклассов в данной версии архитектуры, но в них легко разобраться по индексу перед буквой, например по индексу можно понять какое ядро мощнее – Cortex-A7 слабее Cortex-A9. В некоторых случаях индекс означает энергоэффективность, к примеру – Cortex-A5 и Cortex-A7 менее прожорливы, чем Cortex-A8 и Cortex-A9. Наиболее производительным в данном семействе архитектур считается Cortex-A15, например, принято считать, что два ядра Cortex-A15 приблизительно равны четырем ядрам Cortex-A9.

Также существует ещё несколько видов архитектуры ARMv7, в принципе они схожи с Cortex, но разрабатывались отдельно другими фирмами, поэтому и характеристики у них несколько иные. Qualcomm вела разработки над своим собственными архитектурами на основе набора команд ARMv7 и в итоге у них получились две версии – Scorpion и Krait. Также, для процессора iphone 5, Apple разрабатывала собственную архитектуру под названием Swift. Все эти архитектуры по производительности лучше Cortex-A9 и близки к Cortex-A15.

ARMv8 – самая новая архитектура ARM, её главное нововведение - это поддержка 64-разрядности. При этом был улучшен FPU и NEON. На данный момент известно, что существуют два подкласса: Cortex-A53 и Cortex-A57. Cortex-A53 должен заменить по производительности Cortex-A9, но при этом он будет меньше по площади и в 4 раза меньше потреблять энергии. Соответственно Cortex-A57 является заменой Cortex-A15, и превосходит его по производительности в 3 раза, а также позволяет создавать 16 ядерные конфигурации.

Ниже в таблице можно увидеть различия между архитектурами, по производительности (последний столбик).

Первая часть статьи является вводной в ней даны общие понятия об архитектурах и представление об общем строении процессоров. Вторая часть будет более практической, в ней будут рассмотрены конкретные процессоры, в том числе и китайского производства, а самое главное в ней будет большая таблица по характеристикам наиболее распространенных процессоров и сравнение их производительности.