Video: Chip Manufacturing - How are Microchips made? | Infineon (Oktober 2024)
Selv om du kan hevde at markedet for stasjonære og bærbare prosessorer har blitt ganske begrenset og forutsigbart i det siste, er markedet for applikasjonsprosessorer for mobiltelefoner og nettbrett et ekstremt levende marked med mer enn et dusin konkurrenter. Disse prosessorene beveger seg ganske raskt, med fjorårets store nye funksjon - firekjernede applikasjonsprosessorer - som blir vanlig i år.
Jeg har fulgt med på prosessorene og hvordan de skal utvikle seg i løpet av det kommende året. I løpet av de neste innleggene skal jeg skrive om de spesifikke prosessorene, men la oss begynne med å se på komponentene som går inn i sjetongene.
De grunnleggende byggesteinene
Alle mobile prosessorer inkluderer både CPU-kjerner og grafikkjerner; mest inneholder noen tilkoblingsfunksjoner og / eller baseband-maskinvare for tilkobling til et mobilnettverk. (Selv da trenger telefoner vanligvis en egen RF-brikke for tilkoblinger, pluss en egen tilkoblingsbrikke for ting som Wi-Fi og Bluetooth.)
En grunn til at det er så mye konkurranse på mobilområdet, er at de aller fleste prosessorer for telefoner og nettbrett er bygd på en iterasjon av ARM-arkitekturen, enten ved hjelp av kjerner som ARM Holdings selv designer, eller tilpassede kjerner som er bygget med en "arkitektonisk lisens", inkludert Qualcomm (med sin "Krait" -kjerne) og Apple på mobilområdet.
Selvfølgelig er det konkurrerende arkitekturer. Intel prøver å skyve x86-arkitekturen som har vært så populær på stasjonære maskiner og bærbare datamaskiner, og Imagination Technologies har også sin nylig anskaffede MIPS-arkitektur (mer om det senere). Fortsatt dominerer ARM virkelig markedet for mobile CPU-kjerner.
Grafikk er noe mer mangfoldig. Den mest kjente tredjepartsleverandøren av grafikk IP er Imagination Technologies. Power VR-familien brukes i en rekke prosessorer, inkludert de fra Intel og Apple. ARM har konkurrert med sin Mali-familie av grafikkkjerner, og en rekke brikkeprodusenter lager sin egen grafikk, inkludert Qualcomm med Adreno-grafikken og Nvidia med GeForce-grafikken.
ARM-kjerner overalt
ARM lager faktisk en rekke forskjellige kjerner, alt fra bittesmå små kjerner som brukes i alle slags enheter til Cortex-serien som vanligvis sees i mobile prosessorer. Selv her er det en rekke valg, alt fra Cortex-A9 (brukt i de fleste av dagens telefoner) til den nye kraftigere Cortex-A15 og den bittelille, krafteffektive Cortex-A7.
Cortex-A9 har vært hjertet i de fleste tredjeparts applikasjonskjerner de siste par årene, selv om mange av applikasjonsprosessorprodusentene i år går over til nye design. Mange er basert på Cortex-A15, som var designet for høyere ytelse, og / eller Cortex-A7, som ble designet for å bruke mindre strøm. A15 har et 40-bits fysisk adresseplass, selv om individuelle tråder bare har tilgang til 32-bit, og den tilbyr en ny arkitektur som bør være kraftigere. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson og Texas Instruments har alle kunngjort planer for prosessorer som bruker denne kjernen.
Cortex-A7 er interessant, siden den ble designet for å bruke betydelig mindre strøm og være betydelig mindre enn Cortex-A9. Som du ser i diagrammet over, kan en 28nm implementering av Cortex-A7 være liten - mindre enn en halv kvadrat millimeter - og bruke bare en tredjedel av kraften til en 40nm Cortex-A9. Selv om den kan variere litt etter implementering, forventes det generelt at hver A7-kjerne bruker mindre enn 100 milliwatt kraft, sammenlignet med en topp på 200 til 300 milliwatt for en A9, og opptil 500 milliwatt for en A15.
Men ARMs største trykk er for det den kaller en stor.LITTLE arkitektur, som parer A7 og A15. I en slik utforming kan en brikke ha flere kjerner i hver arkitektur, med kjernene med lavere effekt som kjører mesteparten av tiden og brikken bytte til kjernene med høyere effekt når den trenger tilleggsytelse, kanskje mens du kjører en kompleks beregning inne et spill, eller til og med komplisert JavaScript på en webside.
For øyeblikket utlyste rettighetshavere av den kombinerte arkitekturen inkluderer CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile og Samsung Electronics. Den første kunngjøringen om dette var Samsungs Exynos 5 Octa, men andre leverandører som Renesas ser ut til å ligge like bak. På utstillingen demonstrerte ARM hvordan den store.LITTLE-kombinasjonen kan spare energi.
A15 og A7 vil bli fulgt av Cortex-A57 og A53, som også vil bli samlet i et stort.LITTLE-opplegg, med lav effekt A53 som går mesteparten av tiden, men A57 tilgjengelig når mer kraft er nødvendig. Selv om disse begge er 64-biters prosessorer, vil de i utgangspunktet kjøre med 32-bit operativsystemer, som ikke kan adressere mer enn 4 GB, grensen for 32-biters prosessorer under de fleste omstendigheter. (Disse kjernene vil også finne veien inn i prosessorer rettet mot servermarkedet, der større minne er nødvendig.)
Men vi ser ikke bare en tilnærming. Det virker som om hver prosessorleverandør har en annen tilnærming for sine avanserte prosessorer. Samsung og Renesas tilbyr fire A15-er og fire A7-er. Nvidia skyver fire A15-er med full effekt pluss en kjerne med lav effekt. MediaTek og andre bruker bare fire A7-er. ST-Ericsson reklamerer for A9-kjerner, men med en raskere hastighet.
Og så er det selskapene som har "arkitektoniske lisenser." Disse lar bedriftene i grunnen lage kjerner som har unike funksjoner, men som fremdeles er kompatible med ARM-arkitekturen. Denne arkitekturen - effektivt instruksjonssettet - har hatt flere varianter i seg selv, med A9, A7 og A15 som alle bruker det som kalles ARMv7. De kommende A53 og A57 bruker en nyere variant som støtter 64-biters databehandling, kjent som ARMv8.
Mange selskaper har arkitektoniske lisenser. Den kanskje mest kjente er Qualcomm, som bruker sin "Krait" -kjerne i de fleste av sine nåværende prosessorer (selv om de bruker A7-er i den lave enden). Krait er en ARMv7-kompatibel kjerne. Marvell designer sine egne kjerner i sin Armada-serie av prosessorer. Apple røper ikke de fleste detaljene om prosessorene sine, men antas å ha designet sine egne kjerner for A6- og A6X-prosessorene for iPhone og iPad. De første prosessorkjernene som er ARMv8-kompatible, er sannsynligvis i serverbrikker som AppliedMicro X-Gene, men det er sannsynlig at mange av de andre selskapene som lager ARM-kompatible kjerner, vil følge etter. For eksempel har Nvidia kunngjort planer om å opprette en egen kjerne kalt "Project Denver" for en mobil prosessor som skal ut i 2015.
Alternativene x86 og MIPS
Mens ARM-arkitekturen dominerer mobiltelefoner og nettbrett, er det alternativer. Intel har laget mest støy i det siste med en serie produkter og et veikart for sin Atom-familie rettet mot mobile enheter. Selskapet viste frem en ny prosessor rettet mot den lave enden av smarttelefonmarkedet kalt Z2420 (kodenavnet Lexington) på CES i januar, og på Mobile World Congress avduket Clover Trail + -plattformen sin, ledet av dual-core / fire- tråd Atom Z2580, kjører på opptil 2GHz.
Mens selskapet har vist Atom-baserte telefoner i noen tid, er det bare det siste året som slike telefoner virkelig har fått dem til å markedsføre. Intel sier at den nå har 10 design av mobiltelefoner basert på Atom-brikken i mer enn 20 land, og har vært inne på funksjoner som HDR-kamerastøtte uten uskarphet. Intels nåværende Atom-prosessorer er laget på 32nm teknologi, men selskapet har planer om å flytte til den 22nm FinFET-teknologien den bruker i sine Core-prosessorer rundt slutten av året. Selvfølgelig har Intel lenge dominert notebook-segmentet og har gjort noen fremgang med Atom- og Core-baserte nettbrett og cabrioleter også i år. Jeg vil diskutere detaljene når jeg kommer til de enkelte prosessorleverandørene i neste innlegg.
Intels tradisjonelle rival i x86-prosessorer, AMD, var også på Mobile World Congress, og viste Temash, dens kommende prosessor rettet mot Windows-nettbrett og hybrider. Dette vil være tilgjengelig i både dual-core og quad-core versjon, og AMD viste demonstrasjoner av hvordan det overtrådte den eksisterende Clover Trail-plattformen. Dette er beregnet til å være ute i første halvår av 2013. AMD har ennå ikke en telefonplattform.
Den andre CPU-arkitekturen vi har sett på mobile enheter kommer fra MIPS, som nylig ble anskaffet av Imagination Technologies. MIPS tilbyr tre nivåer med sin Aptiv-familie av prosessorkjerner, inkludert Pro-Aptiv-linjen rettet mot applikasjonsprosessorer. Fantasi-tjenestemenn bemerker at MIPS har solgt 64-bits kjerner i 20 år og sier at selskapet har et mål om å frakte 25 prosent av alle CPU-kjerner i løpet av de neste fire-fem årene. Foreløpig går hoveddelen av MIPS-prosessorer til markeder som nettverk, infrastruktur og set-top-bokser, men Ingenic lager en prosessor for mobile enheter, og selskapet forventer å se mer vekt på dette området. MIPS kunngjorde nylig en ny versjon av arkitekturen, kalt V5, og regner med å se de første sjetongene senere i år.
Grafikk: Overraskende konkurranse
Hvis ARM dominerer i mobilapplikasjonskjerner, har Imagination Technologies dominert i mobile grafikkjerner, selv om det har hatt økende konkurranse.
Fantasi i dag er stort sett representert gjennom PowerVR-serien 5, inkludert 5XT-utvidelsen som legger til noen funksjoner som muliggjør OpenGL ES 3.0-evner. High-end i dag er SGX 544MP4 - "4" indikerer antall grafikkkjerner. Mange selskaper støtter Imagination-grafikk, inkludert Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner og Texas Instruments. Selv om Apple generelt ikke bekrefter det, har den nåværende iPads A6X-prosessor firekjerners PowerVR SGX 554MP4-grafikk. (Fantasien viste dette fra stand på Mobile World Congress.) Selskapet bekreftet senere at Samsung Exynos 5410 Octa også bruker denne grafikken.
Fremover promoterer selskapet PowerVR-serie 6, som naturlig vil støtte DirectX 10 og Open GL ES 3.0. Dette vil bli tilbudt med mellom en og seks klynger med grafikk, alt fra G6100 til topp-end 6630. Imagination sier at den har 10 rettighetshavere for VR6-grafikk.
Fantasi skyver også en egen grafikkfunksjon i form av PowerVR-videokjerner, som inkluderer videoavkoding og kode. Selskapet sier at rettighetshaverne har sendt mer enn 500 millioner av disse kjernene.
Blant lisensierbare grafikker er Imaginasjons største konkurrent ARM, som tilbyr Mali GPU-er (grafikkbehandlingsenheter) kjerner. ARM sier at det nå har 75 rettighetshavere for dette og regner med at 240 millioner prosessorer vil sende med denne teknologien i 2013. Spesielt trompet selskapet hvordan kombinasjonen kan brukes til ting som GPU-databehandling, demonstrasjon av beregningsfotografering, ansiktsgjenkjenning, og sanntidsspilling.
Innenfor Mali-familien er det flere graderinger, inkludert Mali-400 og -450 familier rettet mest mot massemarkeds smarttelefoner og Mali-T600-familien rettet mer mot high end.
Blant selskapene som bruker Mali-kjerner er Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner og Rockchip. Hvis du merker noe overlapp med Imagination-listen, er det fordi noen selskaper bruker forskjellig grafikk i forskjellige prosessorer.
Men kanskje de største konkurrentene til lisensierbare grafikkjerner er den unike grafikken som mange av produsentene av applikasjonsprosessorer har. Qualcomm har sannsynligvis vært den mest suksessrike, ved å bruke sin Adreno-grafikk mye i sin Snapdragon-prosessor-familie. Dette kommer også i forskjellige smaker, avhengig av markedet som brikken er beregnet for. Nvidia har sannsynligvis gjort det meste med å bruke grafikk som en differensierer, snakke om GeForce-grafikken og hvordan den har tatt sin PC-spillarv og brukt dette på mobile prosessorer. Broadcom har også sin egen multimedia-teknologi, kjent som VideoCore.
Jeg vil dekke de spesifikke brikkeprodusentene mer i neste innlegg.
