ARM в 2014 году и далее – будущее мобильных технологий

Темы для обсуждения оборудования часто вращаются вокруг того, что громкие имена в производстве микросхем, 

Qualcomm

,

Samsung

,

MediaTek

и т. д. готовятся к новым

SoCs

позже в этом году и в 2015 году, но настоящей движущей силой нашей технологии мобильных процессоров является ARM.

РУКА

конструкции процессоров питают огромное количество устройств, начиная с вашего

Планшет Nexus

к

Умные часы Samsung

. Чтобы лучше понять, куда движется наша любимая отрасль, давайте посмотрим, что ARM запланировала для наших будущих смартфонов и носимых устройств.

Новые процессоры и переход на 64-битную версию

Технология мобильных процессоров далеко ушла от того, что когда-то использовалось в первых смартфонах прошлых лет. В наши дни пользователям требуется разнообразный набор задач от своих устройств. Есть масса энтузиастов, которые требуют еще более высоких уровней производительности, в то время как существующие уровни производительности смартфонов уже подходят для подавляющего большинства повседневных задач. Для последней группы потребителей повышение энергоэффективности и срока службы батарей более важно. Стремясь повысить производительность и энергоэффективность, ARM уже разработала процессоры следующего поколения для использования в мобильных устройствах. Мы уже ожидаем появления первых Android-смартфонов, в которых будет использоваться новейшая 64-разрядная версия ARMv8.архитектура и ядра процессора Cortex A53 и A57. Напомним, что мы можем ожидать от новых процессорных ядер ARM, которые, как ожидается, появятся в устройствах к концу этого года.Новые процессорные ядра ARM поставляются с обновленной архитектурой ARMv8-A, которая сохраняет совместимость с распространенной 32-разрядной архитектурой ARMv7. ARMv8 имеет два состояния выполнения, которые управляют шириной регистров, наборами инструкций и т.д. Во-первых, есть наборы инструкций AArch32 (A32) и T32, которые сохраняют совместимость с существующей 32-разрядной архитектурой ARMv7-A и 16/32. -bit Состояние Thumb2, которое часто используется в ARMv7 для уменьшения объема памяти. Кстати, набор инструкций Thumb2 тот же, что и в процессорах Cortex-M, часто встречающихся в носимых устройствах, встроенных микроконтроллерах и устройствах IoT. Однако из-за некоторых изменений, внесенных в A64 и A32, программное обеспечение, написанное для AArch32, не будет совместимо с реализациями ARMv7-A. Второе состояние – AArch64 (A64), который включает в себя много обсуждаемое добавление 64-битного исполнения и инструкций. A64 полностью отделен от AArch32 и использует немного другой формат и новые таблицы декодирования. A64 также представляет новую модель исключений и привилегий для разработчиков.

Предстоящая архитектура ARMv8 сохранит совместимость с существующим дизайном ARMv7.

Проще говоря, внедрение 64-разрядной версии обеспечивает повышение эффективности в таких областях, как многозадачность, стресс-тестирование и кластеризация, а также возможность доступа к более чем 4 ГБ оперативной памяти, если это необходимо. 64-битная ширина также позволит процессору более эффективно обрабатывать сложные фрагменты информации, что обеспечит повышение производительности для определенных частей программного обеспечения, а также некоторые общие улучшения производительности. 64-битные вычисления появятся в пространстве Android с запуском нового оборудования и недавно анонсированной операционной системы Android L, которая должна появиться этой осенью. Для разработчиков переход на 64-битную версию поможет в создании более интенсивного математического программного обеспечения и разработки игр.

Архитектура ARMv8 также добавляет ряд новых расширений, в том числе Neon – 128-битный процессор ARM SIMD, расширения Cryptographic и ряд других. Чтобы помочь в переходе на новую 64-битную архитектуру, ARM уже обновила свой собственный компилятор для поддержки ARMv8-A, а также оказывает помощь GCC с поддержкой своего набора AArch64. ARM также опубликовала набор патчей, которые реализуют поддержку ядра Linux для AArch64, хотя нам придется подождать и посмотреть, что произойдет с Android. ARM также обновляет свои инструменты разработки для разработчиков, которые хотят использовать ее новые ядра, включая DS-5 Development Studio. Хорошо, хватит об архитектуре, а как насчет физических процессоров? Что все это значит для потребителей?Начиная с высокопроизводительного ядра Cortex-A57, ARM нацелена на более требовательных потребителей смартфонов, тех, кто заинтересован в редактировании своего медиаконтента, для продуктивных многозадачников, а также для тех, кто стремится к более богатому и плавному игровому процессу. Помимо новой архитектуры ARMv8, ARM снова повышает пиковую производительность своих процессоров с помощью процессора Cortex-A57. ARM ожидает, что ее новый чип может предложить на 20-55 процентов больше производительности по сравнению с существующим высокопроизводительным процессором Cortex-A15, разработанным на том же узле обработки. Самый быстрый прирост производительности будет наблюдаться при работе ядра в 64-битном режиме, но при 32-битной операции прирост производительности должен составлять от 20 до 30 процентов. Однако, как только его партнеры по чипам начинают переходить на более мелкие производственные узлы,Другое ядро ​​ЦП в линейке – это процессор Cortex-A53, который разработан как более энергоэффективная конструкция, отвечающая требованиям более консервативных пользователей смартфонов. Другими словами, тот, кто предпочитает дополнительное время автономной работы, а не молниеносное редактирование фотографий. 

Сравните производительность последнего устройства HTC по сравнению с первым устройством Android, (мы говорим) в 40 раз больше производительности процессора. Продолжить этот рост в будущем – действительно очень сложная задача.

Cortex-A53 использует ту же архитектуру ARMv8-A, но является преемником энергоэффективного Cortex-A7. ARM предполагает, что A53 будет потреблять меньше энергии, предлагая при этом производительность немного выше существующего процессора A9, который был основой для более старых флагманов, таких как четырехъядерный Samsung Galaxy S3. ARM предлагает своим партнерам-производителям SoC большой выбор, новейшие процессоры компании по-прежнему могут использовать преимущества big.LITTLE и могут масштабироваться до 16-ядерных конфигураций для серверных конструкций. Qualcomm уже объявила, что ее SoC Snapdragon 410, 610 и 615 будут использовать ARM Cortex A53, в то время как ее high-end 808 и 810 будут использовать big.LITTLE комбинации Cortex A53 и A57 для более высокой пиковой производительности. Не только это,

Мали сходится к Мидгару

Это подводит нас к одной из следующих важных областей для ARM – обработке графики. В связи с тем, что в наши дисплеи загружается все больше пикселей, а пользователи, которым требуется более качественное видео и игровой контент на своих мобильных устройствах, графические процессоры становятся все более важной частью наших мобильных устройств. Нам определенно понадобится гораздо больше графической мощности для поддержки дисплеев и контента 2K и 4K, не говоря уже о любом потенциале игр с такими разрешениями. ARM тоже в восторге от этой тенденции, объявивпоследняя линейка графических процессоров Mali в конце прошлого года. Грядущий Mali-T-760, будущий флагманский графический компонент ARM, может похвастаться повышением энергоэффективности на 400% по сравнению с Mali-T604, а также повышенной производительностью по сравнению с предыдущим поколением и масштабируемостью до 16 ядер. Между тем, T-720 среднего класса обеспечивает повышение эффективности на 150% по сравнению с популярным Mali-400. Однако эти графические процессоры не появятся в смартфонах до 2014 года.Благодаря графическим процессорам последнего поколения ARM объединит свои высокопроизводительные и средние разработки в единой архитектуре Midgard. Midgard разработан на основе нескольких новых концепций для мобильных устройств, включая вычисления на графическом процессоре, собственную 64-битную архитектуру, снижение задержки памяти, энергоэффективность и управление заданиями, а также обычное повышение пиковой производительности. Линейка графических процессоров ARM Mali-T700 также будет поддерживать ряд графических API, включая OpenGL ES 3.1 / 3.0 /2.0 / 1.1, Microsoft Windows Direct3D 11.1, полный профиль OpenCL 1.1 и RenderScript / FilterScript.

В наши дни графические процессоры используются не только для рендеринга игр. Вычисления с помощью графического процессора становятся все более распространенными для определенных задач и могут обеспечить до четырех раз большую производительность по сравнению с использованием процессора для той же задачи. Примеры включают обработку изображений, распознавание лиц и речи, криптографию, физические движки и дополненную реальность. Серия графических процессоров ARM Mali-T600 была первой, которая привнесла вычисления на графическом процессоре в мобильную платформу ARM благодаря поддержке OpenCL, и ARM, похоже, твердо убеждена, что еще более тесный союз между всеми компонентами завершенной SoC будет играть все более важную роль в разработке смартфонов. в будущем.

ARM и когерентные системы (гетерогенные вычисления)

В то время как легко увлечься разговорами о тактовых частотах ЦП и графических процессоров и улучшениях, в законченный системный чип входит гораздо больше. Хотя ARM сама не производит SoC, компания стремится помочь производителям создавать более эффективные SoC. 

В течение следующих 2-6 ​​месяцев мы подходим к той точке перехода, когда у нас будет достаточно вычислительной производительности для повседневных задач. (В будущем) будет увеличиваться не столько производительность процессора, сколько общие улучшения в самой SoC.

Гетерогенные вычисления, похоже, являются конечной точкой для компонентов SoC следующего поколения ARM. Под гетерогенными вычислениями мы подразумеваем полную систему, которая может использовать несколько процессоров одновременно для более эффективного выполнения определенных задач. Видео ниже демонстрирует это лучше, чем я могу объяснить. ARM, наряду с другими громкими именами, такими как AMD и Qualcomm, являются ведущими членами Фонда гетерогенной системной архитектуры. В текущих проектах SoC уже есть все компоненты, необходимые для специализированных задач, мы уже используем процессоры, DSP и графические процессоры для их собственных преимуществ, но даже более тесное взаимодействие между процессорами может привести к еще большей эффективности. Становится очевидным, что разработчики не могут и дальше использовать более высокие тактовые частоты в соответствии с требованиями потребителей для еще большей производительности. В настоящее время мы сильно ограничены объемом заряда аккумулятора, который могут содержать наши интеллектуальные устройства. Вместо этого разработчики оборудования должны будут найти новые способы выжать максимум энергии, продлевая срок службы своих батарей.

Технология big.LITTLE, вероятно, является наиболее наглядным примером типа гетерогенной системы, в которой энергоэффективные ядра, такие как Cortex-A7 или A53, используются для менее требовательных задач и могут помочь снизить энергопотребление при включении тяжелые процессоры Cortex-A15 или A57, когда требуется дополнительная обработка. Точно так же вычисления на графическом процессоре призваны снять нагрузку с центрального процессора, если графический процессор может выполнять задачу более эффективно. Менеджер заданий Midgard, который управляет загрузкой графического процессора и балансировкой мощности, также предназначен для обеспечения максимально эффективной работы графического процессора.

Переход к следующему поколению процессоров и графических процессоров ARM приблизит нас к полностью согласованным SoC, если производители предпочтут реализовать идеи ARM.

Память также является еще одной серьезной проблемой портативных устройств, хотя ее часто упускают из виду. Хотя потребители могут требовать смартфонов с оперативной памятью 3 или 4 ГБ и большей внутренней памяти, все это оказывает огромное влияние на время автономной работы устройства. Чтение и запись из памяти потребляют изрядную часть заряда батареи, поэтому производители оборудования не хотят включать больше, чем им нужно. Ключом к эффективным гетерогенным вычислениям является разделяемая память с высокой пропускной способностью, которая отвечает требованиям к низкому энергопотреблению мобильных устройств. Общий кеш ARM между процессорами ARMv8-A и графическими процессорами Midgard – одно из возможных решений этой проблемы. Другой пример – инвестиции ARM в сжатие буфера кадра с помощью Adaptable Scalable Texture Compression (ASTC),Хотя вы не услышите об этом ни в каких спецификациях смартфонов, технология ARM CoreLink Interconnect, вероятно, сыграет решающую роль в оптимизации завершенных SoC. Он обеспечивает полную согласованность кеш-памяти между двумя кластерами многоядерных процессоров, включая поддержку технологии big.LITTLE, линейки графических процессоров Mali T-600 и ряда устройств ввода-вывода, включая важнейшие компоненты модема и WiFi. Ключевая концепция – максимизировать эффективность перемещения и хранения данных, обеспечивая необходимую производительность при минимально возможной мощности.

Воплощение нового ряда продуктовых идей

Важно помнить, что не ARM, а ее кремниевые партнеры, такие как ST, FreeScale, Qualcomm и MediaTek, будут реализовывать эти идеи или, возможно, даже свои собственные идеи. Частично переход к более эффективным проектам будет зависеть от литейных производств, а также разработчиков процессоров. Производственные возможности также должны улучшиться в течение этого и следующего года, и к 2015 году литейные предприятия наконец-то выпустят 20-нм мобильные SoC ARM. Это должно привести к значительному повышению производительности и энергопотребления по сравнению с существующей линейкой процессоров. В верхнем сегменте рынка мы, вероятно, увидим, что больше собственных технологий ARM будут внедряться в наши устройства, в том числе конфигурации big.LITTLE и, в конечном итоге, гетерогенные решения, которые могут лучше использовать постоянно улучшающуюся мощность графических процессоров, обнаруженную в наших устройствах. умные устройства.

Хотя мы будем рассматривать новую технологию ARM с точки зрения мобильной связи, компания выходит на новые рынки как с высокими, так и с низкими характеристиками.

В то время как Qualcomm использует разработки ARM в поисках превосходных характеристик, MediaTek и другие китайские разработчики SoC для массового рынка снижают цены на нижнем сегменте рынка. Мы уже видели наши первые смартфоны за 60 долларов, а FireFox раздвигает ценовые границы до отметки 25 долларов. В отрасли также наблюдается большое количество разработчиков продуктов, использующих линейку процессоров ARM Cortex-M с низким энергопотреблением для создания следующего поколения умных часов и носимых устройств, от Samsung Gear 2 до фитнес-трекера Fitbit. Мы уже довольно подробно рассмотрели ARM и носимые устройства, но важно отметить, что в наши дни компания сосредоточена не только на рынке смартфонов.

На растущих рынках носимых устройств и Интернета вещей есть множество возможностей для развития, как для ARM, так и для разработчиков. Огромный спектр процессоров ARM также находит применение во множестве новых интеллектуальных приложений, от автомобильной промышленности до подключенных к Интернету телевизоров и телевизионных приставок. ARM стала лидером на рынке мобильных устройств не зря. Сочетание передовых технологий и разумной бизнес-модели, позволяющей производителям удовлетворять запросы потребителей, обеспечило за последнее десятилетие огромное количество практических реализаций процессоров. К счастью, ARM и ее партнеры тоже не собираются сбавлять обороты, поскольку в ближайшие пару лет нас ожидает новая волна инноваций.

Источник записи: https://www.androidauthority.com