Cortex-A15: mobilny superprocesor

Od połowy 2012 roku wiele tabletów i smartfonów zyskało solidnego sprzymierzeńca – mobilny superprocesor ARM Cortex-A15, który umożliwia niemal dwukrotne zwiększenie wydajności obliczeniowej. Do tej pory niewiele jednak urządzeń trafiło na rynek.

Od smartfonów i tabletów oczekujemy płynnego odtwarzania animacji i szybkiego wykonywania poleceń. Do tego potrzebny jest wydajny procesor, którego jednak brakuje w wielu androidowych tabletach. Opóźniona reakcja interfejsu i brak płynności irytują posiadaczy nowoczesnych tabletów i smartfonów, bez znaczenia, czy pracujemy z Androidem 3.x czy 4.x. Na rynku procesorów mobilnych firma ARM jest prawdziwym monopolistą. Wszyscy wielcy producenci chipów, od Apple’a przez Nvidię po Samsunga, kupują od ARM licencję na projekt CPU i używają go jako podstawę do zbudowania własnych procesorów. Od dwóch lat w strukturze rdzeni CPU nie zmieniło się nic, powiększono tylko ich liczbę w jednym chipie. Większość CPU bazuje na Corteksie-A9.

Wzrosły jednak wymagania wobec mobilnego sprzętu: oczekujemy wyższej rozdzielczości wyświetlacza, odtwarzania filmów HD i rozbudowanych wizualnie gier. Aby temu sprostać, firma ARM przedłożyła nowy projekt – Cortex-A15. Większość producentów będzie w przyszłości używać Corteksa-A15 jako bazy dla własnych chipów. W architekturze A15 firmie ARM udało się wyeliminować kilka wąskich gardeł A9. Zacinające się animacje odchodzą w przeszłość, ponieważ operacje zmiennoprzecinkowe zintegrowane są bezpośrednio z potokiem A15. W A9 jest to opcja, producenci mogą opuścić tę funkcję, tak jak zrobiła Nvidia w Tegrze 2, co spowodowało problemy z płynnym odtwarzaniem animacji.

Wyższe szybkości taktowania – dłuższe potoki

Przetwarzanie potokowe stanowi istotny element architektury współczesnych procesorów. Określa ono, ile różnych operacji CPU może przeprowadzić w jednym cyklu. Potok A15 ma do 24 poziomów, podczas gdy A9 zawiera maksymalnie 12. Na każdym poziomie procesor może wykonać jedną operację podczas cyklu. Przedłużenie potoku jest sensowne, ponieważ A15 niestraszne są wysokie częstotliwości taktowania, sięgające 2,5 GHz. To oznacza, że CPU przeprowadza operacje szybciej. Przyspieszenie będzie możliwe, bo producenci chipów w tym roku odchodzą od wytwarzania w 40-nanometrowym procesie technologicznym – na rzecz 28 nanometrów. Dzięki temu, że wytwórcy zmniejszyli układy scalone, podniesienie częstotliwości taktowania chipów umożliwia utrzymanie emisji ciepła na zbliżonym poziomie.

Długość potoku określa, przez ile operacji przechodzi polecenie: od załadowania przez zdekodowanie aż do wykonania. Jeśli CPU o dłuższym potoku ma bardziej wydajnie przetwarzać informacje, to należy przekazać procesorowi jak największą liczbę poleceń. Potok Corteksa-A15 ma przynajmniej 15 poziomów, co oznacza, że jest on wykorzystany, kiedy w jednym cyklu procesora wykonuje 15 różnych poleceń, z których każde używa innego poziomu potoku. Aby zapewnić płynne przetwarzanie danych, A15 może przeprowadzać osiem różnych operacji arytmetycznych jednocześnie – A9 zadowala się tylko czterema procesami obliczeniowymi.

ARM opracował A15 jako superwydajny procesor mobilny. Pomimo 28-nanometrowej struktury zużywa on tyle samo energii co 40-nanometrowy Cortex-A9. Dlatego z myślą o oszczędzaniu energii ARM zaleca stosowanie zasady big.LITTLE – chodzi o to, by dwa mocne rdzenie A15 współdziałały z dwoma słabymi CPU. Rdzenie A15 wykonują tylko zadania ze skomplikowanymi obliczeniami, a w pozostałym czasie są wyłączane. Te słabsze wykorzystywane są do mało wymagających zadań. Skutkuje to zmniejszeniem poboru energii i wydłużeniem czasu pracy na akumulatorze.

Odpowiedni dla notebooków i serwerów

Z szybkościami taktowania rzędu 2,5 GHz moc obliczeniowa Corteksa- A15 jest wystarczająca nie tylko dla smartfonów i tabletów. Jest zadowalająca również dla notebooków, choć procesor ARM nie może równać się z mobilnym CPU Sandy Bridge Intela. Zużywa za to mniej energii – od ok. 0,6 do 1 wata na rdzeń. Notebook z A15 działałby tak samo długo jak tablet, a więc o kilka godzin dłużej niż porównywalne urządzenie z CPU Intela lub AMD. To samo dotyczy mikroserwerów wykonujących operacje o niewielkiej złożoności obliczeniowej. Można w tym celu sprzęgać pojedyncze rdzenie A15 za pomocą opracowanego przez ARM protokołu AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture). Szerokość szyny w porównaniu z A9 wzrosła dwukrotnie, z 64 do 128 bitów, co gwarantuje płynny transfer danych pomiędzy rdzeniami. Cortex-A9 nie nadaje się do tych zadań, ponieważ steruje tylko adresami pamięci o maksymalnej długości 32 bitów. Podobnie jak 32-bitowy Windows, A9 może wykorzystywać maksymalnie 4 GB pamięci operacyjnej. Cortex-A15 adresuje pamięć za pomocą 40 bitów, co odpowiada 1 TB RAM – wystarczająco dużo dla notebooka i mikroserwera.

Coraz więcej nowych procesorów z Corteksem-A15 trafia na rynek. Jest on obecny w platformie Nvidia Tegra 4, procesorach Samsung Exynos 5 Dual (m.in. Google Nexus 10) oraz 5 Octa, a także TI OMAP 5430. Obecne na rynku są smartfony z procesorem Qualcomm Snapdragon S4, którego rdzeń Krait opiera się na architekturze Cortex-A15, choć nie jest jej dokładnym odwzorowaniem. Podobnie jest w przypadku procesorów Apple A6 oraz A6x, które opierają się na rdzeniu Swift, zdradzającym pewne podobieństwa do Corteksa-A15.

BUDOWA PROCESORA CORTEX-A15

W prawie wszystkich tabletach i smartfonach tkwi procesor zaprojektowany przez firmę ARM. Producenci chipów – Samsung i Nvidia – wykupują licencje na rozwiązania ARM, aby wytwarzać własne procesory mobilne. Teraz czeka ich przesiadka na nową platformę ARM Cortex-A15, która zastąpi CPU Cortex-A9, działający m.in. w iPhonie i iPadzie.

Zamknij

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.