ARM Против Intel: Успешная Стратегия Для RISC Или Выгода Для CISC?

ARM против Intel: успешная стратегия для RISC или выгода для CISC?

Брайан Дайперт (Brian Dipert), старший технический редактор, EDN

Корпорация ARM и владельцы лицензии на ее продукты намерены расши- рить присутствие на рынке и занять ниши, традиционно занимаемые процессорами Intel x86. В ответ Intel решила потеснить корпорацию ARM в сегменте рынка электронных устройств.

Корпорации ARM и Intel окончатель- пустили при переходе с ARM11. Ядро повышенную защиту. Второй тип про- но вступили в открытую конкуренцию. Cortex-A8 обеспечивает поддержку цессоров ориентирован больше на Первая активно продвигает технологию попарно запускаемых суперскалярных беспроводную передачу данных и под- RISC, в то время как Intel делает упор инструкций и имеет более глубокий держивает большой набор протоколов на процессоры с набором команд CISC. конвейер в каждом ядре, содержащий передачи данных и голоса. Еще три года назад, когда Intel представ- 13 уровней вместо 8. Блок вычислений с ляла свой первый процессор семейства плавающей запятой в отличие от ARM11 Nvidia — ставка на мультимедиа Atom, компания ясно дала понять, что является обязательным. Кроме того, Компания Nvidia стала обладатель- нацелена не только на настольные ком- для Cortex-A8 требуется 64-разрядный ницей лицензии на ARM после несколь- пьютеры среднего уровня и ноутбуки, SIMD-вычислитель Neon. ких приобретений: компании MediaQ но и на портативные устройства, в кото- В Cortex-A9 разработчик сам решает, в 2003 г. и PortalPlayer в 2006 г. Первая рых исторически пальма первенства реализовывать ли Neon и блок опера- СнК Nvidia, Tegra, содержала процессор принадлежит ARM. В ответ ARM пред- ций с плавающей запятой. Оба они не ARM11. Она не получила широкого при- ставила ядро Cortex-A15, область при- являются обязательными. Конвейер стал менения, хотя и легла в основу мульти- менения которого распространяется 9-ступенчатым, а производительность медийного плеера Zune HD (Microsoft) и на серверы — сегмент, который делят процессора по-прежнему превышает сотовых телефонов Kin. Через год репу- Intel и AMD. В то же время корпорация 1 ГГц благодаря переходу на новые техно- тация Nvidia была несколько подпорче- Microsoft объявила, что готовящаяся логические нормы. Ограничения, кото- на из-за того, что компания не успела к выпуску Windows 8 будет поддержи- рыми связано большинство обладателей подготовить к выпуску анонсирован- вать оба набора команд. лицензии, не мешают вводить новые воз- ные устройства на основе Tegra 2. можности. Вспомним технологию Fast14, Nvidia первой выпустила устройства ARM которую приобрела Samsung у Intrinsity на основе двуядерного процессора Прежде чем оценивать шансы ARM для использования в СнК Hummingbird. Сortex-А9. Именно они были использо- на успех в тех областях, где первен- После поглощения Intrinsity Apple также ваны Google при разработке третьей ство пока принадлежит х86, необходи- стала применять ее в своих процессорах версии ОС Android Honeycomb для ноут- мо познакомиться с бизнес-моделью А4. Технология Fast14 позволяет заметно буков. Некоторые передовые смартфо- корпорации и ее продукцией. С эко- увеличить тактовую частоту, сохраняя ны, которые появились в начале года, номической точки зрения положение прежние нормы литографии. Компания также использовали возможности про- ARM, как обладателя интеллектуальной Qualcomm пошла по другому пути и раз- цессоров Nvidia, хотя из-за того, что они собственности, во многом зависит от работала совместимую с ARM7 архитек- не поддерживают видеоформат 1080p благосостояния компаний, использую- туру Scorpion, которая изготавливалась Н.264 производители вскоре перешли щих ядра ARM в своих устройствах. сначала по нормам 65 нм, а теперь — по на модели конкурентов: Boxee выбра- 82 Корпорация предлагает два вида 45 нм. В середине 2010 г. процессоры ла Intel Atom CE4100 для своих теле- лицензии: стандартную и лицензию на Scorpion стали двуядерными. По функ- визионных приставок, а LG для своих архитектуру. Стандартная лицензия ционалу ядра MSM8260 и MSM8660 явля- смартфонов использовала Omap-4 про- дает право использовать готовые про- ются промежуточным звеном между изводства Texas Instruments. цессоры ARM в СнК других компаний. Cortex-A8 и Cortex-A9. Кристалл Scorpion Процессор Tegra 2 выпускается в Это самый быстрый способ вывода содержит блок выполнения операций с двух вариантах: Т20 и АР20. Оба про- устройств на рынок, однако СнК раз- плавающей запятой и ядро Neon. цессора работают на частоте 1 ГГц, но личных компаний будут мало отличать- В англоязычной литературе выделя- графический модуль в Т20 имеет такто- ся друг от друга. ют два типа процессоров — application вую частоту 333 МГц, а АР20 — 300 МГц. Лицензия на архитектуру или набор и baseband. Разница между ними стано- В Т20 используется память DDR2, а в команд позволяет сторонним компа- вится все более размытой, и они уступа- АР20 — DDR2 SDRAM. В обоих процес- ниям создавать уникальные устрой- ют место однокристальным решениям. сорах управление СнК осуществляется ства. Она есть у Intel, Marvell, Microsoft, Первые предназначены для выполне- в ядре ARM7.

Микроконтроллеры и DSP и Микроконтроллеры Nvidia и Qualcomm. Для стандартного ния приложений пользователя, основ- Недавно вышел процессор Tegra 3 лицензирования доступно несколько ной упор в них сделан на мультимедиа. под кодовым названием Kal-El, который ядер семейства Cortex-A. Ядро Cortex- Процессоры этого типа поддерживают поддерживает видео с разрешением A8 построено на основе Cortex-A5, сложные операционные системы, вир- 2560×1600 пикселов. В его основе — которое большинство компаний про- туальные машины, в т.ч. Java, и имеют ядро Cortex-A9 с тактовой частотой

www.elcomdesign.ru чем у чем выше, раз 100 в производительностью с процессоры выпустить планирует ния августу. к уже появятся нагрузки. Kal- оснащенные ноутбуки, ожидается, от зависит что меньше, даже в потребляет он случаях хотя некоторых энергии, расходе же таком раз при 5 в скорости по предшественника 12 содержит цессор ядер. L T запятой. плавающей с операций обработки SIMD-блок векторный жит 1,5 ГГ бео 1 объемом уровня второго кэш-памяти общим модулем с Cortex-A9 ядра два содержит BlackBerry. шет первой модели семейства семейства О модели первой выпуск Массовый процессоры. нальные сиг или разработки собственной блоки T фическим ядром PowerVR от Imagination выпускает ARM ется графическое ядро PowerVR SGX SGX PowerVR ядро графическое ется в основу таких устройств как Optimus ( Optimus 3D как устройств таких основу в echnology, иногда добавляя логические еgra 2, в нем используется кэш-память кэш-память используется нем в 2, еgra 2 объемом 1 Мбайт. 1 объемом 2 М роцессор Процессор О T АР L exas exas дин из старейших сторонников сторонников старейших из дин — компания компания — ц. ц. ) пры нубк т I, план RIM, от ноутбук первый G), T -4430, уже начат. Эта Эта начат. уже -4430, egra 2 (см. рис. 1). рис. (см. 2 egra В отличие от I С nstru

с процессором ARM и гра и ARM процессором с нК Мбайт. T egra 3 обгоняет своего своего обгоняет 3 egra роцессор OMAP-4430 OMAP-4430 Процессор m T ents exas Instruments. Instruments. exas оенсь явля Особенностью T egra 2 egra Kal- Г рафический про рафический 2014г.компа К С легла легла нК El содер О М К ак и в и ак АР О К -4, -4, на на ак ак l, El, ------Структура Tegra 2 Tegra 1.Структура Рис. ти происходит по двум 32-разрядным 32-разрядным шинам двум по происходит ти рентов. рентов. в чем быстрее, 50% на почти 540 с тактовой частотой 300 М 300 частотой тактовой с 540 L PDDDR2, работающим на часто на работающим PDDDR2, О рщне ссенй памя системной к бращение б) a) (a) и планы Nvidia по выпуску процессоров процессоров выпуску по Nvidia планы и С конку нК Г ц — это это — э - - - лектронные лектронные щую модель модель щую запятой. плавающей с операций обработки SIMD-блок торный 400 те декабре декабре В М Г (б) ц. ц. каждом ядре имеется век имеется ядре каждом В к О омпоненты T М аосрвл следую анонсировала I 40 изготавливае 4440, АР

№ 4 20 1 1 - - -

Микроконтроллеры и DSP 83 мую, как и ОМАР 4430, по технологиче- PowerVR SGX 535, а также 640 Кбайт кэш- онных устройств. Она стала ключевым ским нормам 45 нм. Пробные образцы памяти второго уровня. поставщиком для RIM, и это ее, пожалуй, данного процессора уже доступны для В предыдущих версиях iPhone и iPod единственное крупное достижение. заказа. Кристалл содержит процессор touch использовались ARM-процессоры В прошлом году Marvell представила Cortex-A9 с тактовой частотой 1,5 ГГц. Его Samsung. Интересно, что с переходом новый процессор Armada 628, содержа- производительность на 25% выше, чем у на А4 Apple не прекратила сотрудни- щий три ядра Sheeva PJ4 класса Cortex- предшественника. Остальные характери- чества с этой компанией. Процессоры A9. Два ядра имеют тактовую частоту стики ОМАР 4440: обработка 60 кадров/с, А4 выпускаются на заводах Samsung 1,5 ГГц, а третье — 624 МГц. Графический поддержка разрешения видеокадра до с использованием схем памяти DRAM процессор обрабатывает 200 млн треу- 1080р, видеовыход HDMI 1.4, стереоско- производства Samsung. гольников в секунду. пический 3D-дисплей, пользовательский Samsung выпускает и собственные Спустя два месяца был продемон- интерфейс на основе жестов. процессоры S5PC110A01 Hummingbird, стрирован четырехъядерный кристалл Компания в дальнейшем планирует которые по характеристикам совпада- на основе Sheeva PJ4 для применения включить в свои устройства поддержку ют с А4 за исключением объема кэш- в серверах. Тактовая частота СнК равна архитектуры Cortex-A15, хотя пока ее харак- памяти (512 Кбайт) и графического ядра 1,6 ГГц, объем кэш-памяти 2 Мбайт. теристики не обнародованы. Известно (Samsung использует SGX540). Для рынка потребительских устройств лишь, что она поддерживает расширен- Недавно Apple анонсировала про- компания совсем недавно выпустила ную адресацию и аппаратную виртуализа- цессор А5 для iPad2. Пока об этом про- кристалл PXA978 1,2 ГГц, предназначен- цию. Процессоры с ядром Cortex-A15 будут цессоре известно мало, только то, что ный для сотовых телефонов. Процессор изготавливаться по технологическим нор- он двуядерный и работает на тактовой содержит модемы 3G UMTS и TD-SCDMA с мам 28 нм и выйдут под маркой ОМАР 5. частоте 1 ГГц. Графический обработчик поддержкой HSPA. Первые модели будут содержать два ядра превосходит по производительности с частотой 2 ГГц. Для обработки графики PowerVR SGX 535 в 9 раз. Intel будет использован модуль PowerVR SGX Растущее распространение процес- 544 Imagination Technologies. Его тактовая Qualcomm соров ARM, длинный список компаний, частота и количество ядер остаются пока Микроархитектура Scorpion ком- обладающих лицензией на их исполь- закрытой информацией. пании Qualcomm используется уже зование, а также отсутствие поддержки На кристалле ОМАР 5 будут разме- несколько поколений. Однако с появ- набора инструкций х86 в Windows 8, — щены функциональные блоки для обра- лением многоядерных процессоров все эти факторы могут создать впе- ботки видео, изображения и машинного Cortex-A9 подобные архитектуры стали чатление, что Intel теряет позиции на зрения, а также ИС сигнальной обработ- терять свою привлекательность. рынке компьютерной техники. Однако ки, отображения и схемы безопасности. В связи с этим Qualcomm представила Intel обладает обширнейшими ресур- Кроме того, процессор содержит два кристалл Krait, поддерживающий набор сами для производства полупроводни- ядра Cortex-M4 для работы в режиме инструкций ARM Version 7. Процессор ковых устройств, в т.ч. на современней- реального времени. Объем кэш-памяти изготовлен по технологии 28 нм и имеет шем технологическом уровне, который увеличен до 2 Мбайт. тактовую частоту 2,5 ггц. Процессор недоступен многим небольшим компа- Готовятся к выпуску две модели: выпускается в трех модификациях. ниям. Так, в прошлом сентябре были ОМАР 5430 размером 14×14 мм (РОР — Первым будет выпущен MSM8960 с двуя- озвучены планы по выпуску кристал- корпус на корпусе) с поддержкой моду- дерным процессором с асинхронным и лов на основе Atom по технологиче- ля памяти LPDDR2 и ОМАР 5432 в кор- независимым управлением. Процессор ским нормам 15 нм и ниже. Корпорация пусе BGA 17×17 мм с поддержкой более содержит Adreno 225, производитель- имеет также развитую сеть заводов. быстрого интерфейса DDR3/DDR3L ность которого в восемь раз превышает Первые модели Atom изготавли- SDRAM. Основной областью примене- производительность Adreno. вались по технологии 45 нм, сейчас ния ОМАР 5430 являются смартфоны, а Следующие модели намечены к выпу- освоен уровень 32 нм. Процессоры для ОМАР 5432 — ноутбуки и планшеты. ску в 2012 г. Это одноядерный MSM8930 c используются в чипсетах Medfield для Adreno 305 и четырехъядерный APQ8064 сотовых телефонов и Oak Trail для ноут- Apple и Samsung со встроенным графическим четы- буков. Первые телефоны, оснащенные Компания Apple помимо широко рехъядерным процессором Adreno 320. Medfield, выйдут уже в текущем году. известных конечных продуктов дол- Первый превосходит по производитель- Само понятие совместимости набо- гое время занималась разработкой и ности Adreno в шесть раз, второй — в ров инструкций теряет свое значение выпуском собственных ИС для MAC- 15. Все три процессора оснащены моду- по мере перехода на файловые форма- 84 компьютеров 68k и Power-PC. После лями Wi-Fi, GPS, Bluetooth, приемником ты, не требующие драйверов, а также перехода на микропроцессоры Intel FM-сигнала, блоком захвата видео, вос- независимые ОС, которые распозна- компания попутно передала разработку произведения, модемами сотового сиг- ют эти форматы. Кроме того, все чаще ядер и логических схем своему новому нала стандарта 3G или 3G и LTE, а также приложения хранятся в «облаках», а партнеру. Сейчас Apple переориенти- поддерживают NFC (связь ближнего не на персональном компьютере. Тем ровалась на архитектуру ARM, которая поля) и автостереоскопические дисплеи не менее, для программистов, рабо- легла в основу iPad, iPhone, iPod touch и со статическим изображением. тающих с х86, поддержка CISC-команд Apple TV второго поколения. Возможно, важна, поскольку она позволяет руководство Apple посчитало внутрен- Marvell использовать фрагменты кода и сред- нюю разработку ИС экономически более Компания Marvell получила лицен- ства разработки повторно — везде, где выгодной для массовых продуктов. Так зию на ARM после поглощения Asica в это возможно. или иначе, компания приобрела PA Semi 2003 г. Еще через три года она приобрела и Intrinsity, что стало дополнительным подразделение Xscale Intel. Процессоры Литература стимулом для разработки кристалла А4. Armada содержат ядро Sheeva PJ1, совме- 1. Dipert B. ARM versus Intel: a successful Микроконтроллеры и DSP и Микроконтроллеры В настоящее время эта СнК используется стимое с ARM 5, или Sheeva PJ4, совмести- stratagem for RISC or grist for CISC's tricks?// в iPhone 4, iPad 1G, iPod touch 4G и Apple мое с ARM 6 и ARM 7. До сих пор Marvell www.edn.com/article/517574-ARM_versus_ TV 2G. Процессоры А4 содержат ядро не имела большого успеха на рынке ком- Intel_a_successful_stratagem_for_RISC_or_ Cortex-A8 и графический обработчик пьютерных приложений и коммуникаци- grist_for_CISC_s_tricks_.php.