모바일 빌딩 블록 2014 : 모바일 코어

CES와 모바일 월드 콩그레스 (Mobile World Congress) 이후 매년 나는 쇼의 발표와 모바일 애플리케이션 프로세서의 미래에 어떤 의미가 있는지에 대해 숙고한다. 우리는 확실히 64 비트 칩 발표 세트를 포함하여 몇 가지 흥미로운 발전을 보았는데, 그중 일부는 미드 레인지 폰을 목표로하지만 새로운 32 비트 칩은 가장 인기있는 대화 주제였습니다..

칩을 만드는 거의 모든 회사는 성능이 크게 향상되어 더 나은 그래픽에 대해 이야기하고 있으며, 4 코어 및 8 코어 칩이 이제 일상화되면서 여러 코어에 대해 이야기하고 있습니다. 우리가 아직 보지 못한 것은 20nm 기술을 사용하여 구축 된 주요 응용 프로그램 프로세서 (칩 설계 및 제조를 제어하는 ​​인텔의 프로세서 제외) 또는 대부분의 플레이어가 제공하는 새로운 고급 64 비트 칩입니다. 결과적으로 향후 몇 개월 동안 최고급 휴대폰 칩에서 볼 수있는 변경 사항은 중급 및 저급 휴대폰이 따라 잡더라도 큰 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

이번 주 후반에 주요 칩의 세부 사항에 대해 논의 할 것이지만, 애플리케이션 프로세서 작성에 들어가는 기본 빌딩 블록에 대해 이야기하고 싶습니다. PC 세계와 달리 일반적으로 이러한 프로세서 제조업체는 제품을 제작할 때 아키텍처 라이센스 나 풀 코어와 같은 지적 재산 (IP)을 사용하는 경향이 있습니다. 오늘날의 일반적인 애플리케이션 프로세서에는 CPU, 그래픽 코어, 종종베이스 밴드 모뎀 및 기타 기능이 포함되어 있습니다. 많은 제조업체가 CPU 아키텍처, 그래픽 또는 잠재적으로 둘 다를 라이센스합니다. 일반적인 프로세서 제조업체는 이러한 기능을 자체 제작 기능과 라이센스 기능을 결합하여 대상 시장에 맞는 특정 칩을 설계합니다. 이 포스트에서는 CPU 아키텍처에 대해 이야기하고 그래픽 디자인에 대한 내일을 살펴 보겠습니다.

다양한 ARM 디자인

오늘날 볼 수있는 대부분의 모바일 애플리케이션 프로세서는 ARM 아키텍처의 일부 변형을 실행합니다. 실제로 모든 시장에서 ARM은 자사 기술을 사용하는 500 억 개 이상의 프로세서가 판매되었으며 2013 년에만 100 억 개 이상이 판매되었다고 주장합니다. ARM은 세계 스마트 폰의 95 %가 특정 버전의 아키텍처를 실행한다고 주장하면서 ARM의 전화 및 태블릿 시장은 상당 부분을 차지하지만 ARM 프로세서는 다른 많은 제품에도 포함되어 있습니다.

그러나 ARM이 실제로 프로세서를 판매하지는 않는다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 대신 실제 코어 설계 및 기본 기반 아키텍처를 포함한 IP를 판매합니다. Apple 및 Qualcomm을 비롯한 여러 칩 공급 업체가 고유 코어를 생성하는 데 사용합니다. 공통 아키텍처 (효과적으로 명령어 세트)를 사용하면 어느 정도의 호환성이 가능하므로 여러 회사의 칩에서 소프트웨어를보다 쉽게 ​​실행할 수 있습니다.

오늘날 모바일 프로세서에는 32 비트 ARMv7과 64 비트 ARMv8 버전의 두 가지 기본 ARM 아키텍처가 있습니다.

ARMv7은 수년간 전화 시장의 표준이었습니다. 이것은 다양한 코어 (ARM의 Cortex-A9, A7 및 A15 디자인과 Qualcomm의 "Krait"아키텍처 및 A7 이전의 Apple 프로세서에 사용 된 코어 포함)에 사용되는 32 비트 디자인입니다. Cortex-A9는 엄청나게 인기가 있었지만 그 시대는 번호가 매겨진 것 같습니다. 올해에는 더 작고 전력 효율적인 Cortex-A7을 포함하는 더 많은 디자인을보고 있습니다. 또는 더 강력한 Cortex-A15는 더 높은 성능을 제공합니다. 또는 ARM이 "big.LITTLE"구성이라고 부르는 것에서이 둘의 조합.

Cortex-A7은 실제로 28nm 공정에서 0.5 평방 밀리미터 미만으로 매우 작으며 훨씬 적은 전력을 사용하도록 설계되었습니다. A9의 경우 200-300 밀리 와트 피크에 비해 100 밀리 와트 미만, A15의 경우 최대 500 밀리 와트입니다. Cortex-A15는 40 비트 물리적 주소 공간에 대한 지원을 추가하지만 개별 응용 프로그램은 32 비트에만 액세스 할 수 있습니다. 지난 여름 ARM은 A9를 대체 할 예정인 A12를 소개했는데, A9보다 A40보다 최대 40 % 빠르며 A7과 A15 사이의 공간에 적합 할 것입니다. 올해 초이 회사는 Cortex-A17이라는 업그레이드 된 버전을 발표했는데, Cortex-A9보다 더 나은 효율성과 60 % 향상된 성능을 제공해야한다고 밝혔다. (지금까지 MediaTek만이 A17을 사용하여 폰 프로세서와 Realtek을 TV 프로세서로 발표했습니다.) ARM은 A17이 32 비트 디자인의 마지막 디자인이며 TV 및 TV와 같은 응용 프로그램에서 수명이 길어야한다고 생각합니다. 대부분의 모바일 시장은 64 비트 디자인으로 전환됩니다.

많은 회사들이 A7과 A15 (또는 더 최근의 A7과 A17)를이 큰 조합으로 결합하여 칩이 대부분의 시간 동안 저전력 코어를 작동시키고 칩을 더 높은 전력으로 전환 할 수 있도록합니다. 게임 내에서 복잡한 계산을 실행하거나 웹 페이지에서 복잡한 JavaScript를 실행하는 동안 추가 성능이 필요할 때 핵심입니다. 이러한 설계 중 일부에서 A7 코어 블록 또는 A15 코어 중 하나가 한 번에 활성화 될 수 있습니다. 다른 경우에는 모든 코어가 한 번에 작동 할 수 있습니다.

다시 말하지만 ARM 코어로 설계된 미래의 모바일 칩의 대부분은 64 비트 아키텍처로 전환 될 것으로 보이지만, 마이그레이션 초기에는있을 것 같습니다. ARMv8 명령어 세트는 iPhone 5s 및 iPad Air에있는 Apple의 A7 프로세서에서 사용되는 것으로 보이며 다른 많은 독점적 디자인으로도 예상됩니다. 물론 ARM은이 아키텍처를 사용하여 발표 한 두 가지 코어를 가지고 있습니다. 더 작은 Cortex-A53과 더 강력한 Cortex-A57을 다시 큰 구성으로 결합하는 옵션이 있습니다. 64 비트 버전은 이전 버전과 호환되지만 범용 및 미디어 명령어 (일부 작업에서는 더 빠를 수 있음)를위한 더 큰 레지스터, 4GB 이상의 메모리 지원 (특히 서버 응용 프로그램에서 중요)을 포함합니다. 그리고 새로운 암호화 및 암호화 지침.

Cortex-A53 코어는 MediaTek, Qualcomm 및 Marvell과 같은 회사와 함께 여러 A53 코어가있는 칩을 발표합니다. ARM은 이번 여름에 첫 번째 칩이 나올 것으로 예상하고있다. A57은 더욱 강력해야하며 ARM은 해당 코어를 가진 모바일 칩이 올해 후반에 출시 될 것으로 예상하고있다. (AMD는 A57 아키텍처를 사용하는 서버 칩을 발표했다. 연말까지 양산이 시작될 예정이다.)

ARM은 또한 M 시리즈의 마이크로 컨트롤러 및 기타 장치에 사용되는 훨씬 더 작은 코어를 제공합니다. 이들은 자체적으로 애플리케이션 프로세서를 실행하지는 않지만 모바일 생태계의 다른 여러 칩에 사용될 수 있으며 모바일 SoC를 더욱 똑똑하게 만드는 데 점점 더 많이 사용됩니다. 예를 들어, Apple의 A7 SoC에는 ARM Cortex-M3을 기반으로하고 NXP에서 제조 한 M7 모션 코 프로세서가 있으며 Moto X의 Motorola X8 SoC는 Snapdragon S4 Pro 듀얼 코어 CPU와 2 개의 저전력 코 프로세서를 결합합니다. 자연어 처리 및 상황 별 컴퓨팅을위한 Texas Instruments DSP.

앞에서 언급했듯이 많은 회사는 "건축 라이센스"라고하는 명령을 사용하여 명령 세트를 사용하여 자체 코어를 생성 할 수 있으며, 이를 통해 더 나은 성능을 통해 시장에서 뛰어난 칩을 만들 수 있다고 생각합니다. 전원 관리 또는 둘 다 여기에는 Qualcomm, Marvell, Nvidia 및 Apple과 같은 회사가 포함됩니다. 반면에 표준 코어를 제공하면 회사에서보다 빠르고 쉽게 디자인을 만들 수 있습니다. 아키텍처 라이센스가있는 많은 회사는 일부 제품에서 표준 ARM 코어를 사용합니다. 특히, Qualcomm은 현재 Krait 코어를 사용하는 Snapdragon 프로세서 제품군의 일부 버전을 보유하고 있으며 다른 버전은 표준 ARM 코어를 사용합니다.

인텔과 MIPS 제공 대안

ARM이 모바일 프로세서 시장을 계속 지배하고 있지만 인텔은 Windows를 실행하는 태블릿과 Android를 실행하는 태블릿에서 대부분의 성공을 거두었지만 큰 진전을 보이고 있습니다. 인텔의 현재 오퍼링은 전화보다는 태블릿을 목표로하는 것으로 보이지만, 올해 말에 나오는 전화에 더 적합한 두 개의 새로운 프로세서가있다 (다음 포스트에서 특정 회사의 프로세서에 대해 논의 할 때 논의 할 것이다). 모바일 분야에서 인텔은 자사의 아톰 (Atom) 프로세서 제품군을 추진하고 있지만 랩톱 및 데스크탑에도 사용되는 더 큰 코어 제품군을 사용하는 일부 Windows 태블릿이 있습니다.

또한 x86 제품군 내에서 AMD는 저전력 x86 기반 CPU를 실행하는 일부 태블릿을 보여주었습니다. 다시 한 번, 특정 제조업체에 대해 이야기 할 때 자세한 내용을 설명하겠습니다. 물론 두 경우 모두 프로세서가 Microsoft Windows 정식 버전을 실행하지만 두 회사 모두 이제 Android를 처리하고 있습니다. 특히 인텔은 안드로이드가 칩에서 기본적으로 실행되도록 크게 추진했으며 AMD는 올해 말 ARM 호환 칩 출시를 준비하면서 x86 제품의 BlueStacks 에뮬레이터에 더 집중했습니다.

또 다른 옵션은 MIPS 프로세서로, 1 년 전에 Imagination Technologies가 인수 한 RISC 기반 프로세서 제품군입니다. MIPS는 Aptiv 코어 라인의 일부로 한동안 64 비트 아키텍처를 제공했습니다. 올해 초이 회사는 Series 5 "Warrior"CPU 세대를 발표했다. 여기에는 3 가지 종류의 MIPS 프로세서가 포함되어있다. 임베디드 시장을위한 M 시리즈, 고효율 및 매우 통합 된 장치를 위해 설계된 I 클래스; 그리고 응용 프로세서를 포함하여 더 많은 성능을 위해 설계된 P 클래스. 새로운 기능에는 OpenCL 그래픽에 대한 통합 지원 및 향상된 보안이 포함됩니다. 상상력에 따르면이 칩은 경쟁 업체보다 최대 40 % 적은 면적을 차지하며 멀티 코어 사용을위한 멀티 스레딩이 향상되었습니다.

MIPS 프로세서는 네트워크 프로세서 및 기타 실시간 응용 프로그램 및 셋톱 박스를 포함하여 여러 시장에서 성공적으로 성공했지만 지금까지 많은 기존 태블릿이나 스마트 폰에서는 볼 수 없었습니다. Ingenic이라는 중국 회사에는 이전 MIPS 코어를 기반으로 Xburst 아키텍처를 실행하는 일련의 프로세서가 있으며 이는 일부 Android 태블릿에서 사용되었습니다. 얼마 전, 나는 시도해 보았지만 이제 그것을 만든 회사는 ARM 기반 태블릿에 집중하고있는 것 같습니다. 그러나 MIPS는 미래에 특히 새로운 코어 제품군에서 경쟁자가 될 수 있습니다.