Download Microprocesadores para SMARTPHONES. Evolución multinúcleo.

Cassandra Déniz Falcón
Microprocesadores para Comunicaciones
Curso 2010/2011
ÍNDICE
 ¿Qué es un SMARTPHONE?
 Microprocesadores en SMARTPHONES.





Familias ARM.
SAMSUNG HUMMINGBIRD (S5PC110).
APPLE A4.
SANPDRAGON.
OMAP.
 Multiprocesadores Multinúcleos.




NVIDIA Tegra 2.
Samsung ORION.
OMAP 4.
SNAPDRAGON MSM8360 y MSM8660
 Conclusiones.
¿Qué es un SMARTPHONE?
 Smartphone o teléfono inteligente es un término comercial utilizado
para denominar a un teléfono móvil que ofrece más funciones que un
teléfono móvil común.
 Permiten realizar diversas tareas similares a las que se pueden llevar a
cabo en un PC, además de la tradicional comunicación telefónica.
 Al poseer características similares a las de un ordenador, hace que estos
dispositivos puedan ser vulnerables a virus y ataques al sistema
operativo.
 Algunas de las características que poseen los SMARTPHONES son:






Poseen un sistema operativo.
Capacidad multitarea.
Soportan correo electrónico y GPS
Conexión redes inalámbricas.
Instalación de programas (ampliar funcionalidad).
Lectura de documentos en distintos formatos.
¿Qué es un SMARTPHONE?
 Primer




SMARTPHONE -> IBM Simon Personal
Communicator.
Creado por IBM y comercializado por BellSouth.
Se presentó por primera vez en 1992 en la COMDEX.
Se lanzó comercialmente en 1993, tasado originalmente en
$899 (a día de hoy unos 680€).
Combinaba las características de un teléfono móvil, una
PDA, un mensáfono o buscapersonas y una máquina de fax.
¿Qué es un SMARTPHONE?
 Tras Simon surgieron diferentes SMARTPHONES como el Nokia
9000 en 1996, o el Ericsson R380 y el Nokia 9210 en 2000.
 Pero el “boom” comercial de estos dispositivos tuvo lugar en el
2000 con la aparición del sistema operativo Windows Mobile,
actualmente Windows Phone OS.
 Posteriormente, salieron al mercado nuevos sistemas operativos
para competir con el del gigante Microsoft.
 A continuación se muestra una comparativa evolutiva de estos
sistemas operativos.
Sistema Operativo
2009
2010
Symbian OS
44.6 %
36.6 %
Android
3.5 %
25.5 %
iPhone OS
17.1 %
16.7 %
BlackBerry OS
20.7 %
14.8 %
Windows Phone OS (Mobile)
7.9 %
2.8 %
Microprocesadores en SMARTPHONES
 El 98% de los microprocesadores utilizados en telefonía
móvil son ARM.
 Después varias compañías (TI, Qualcomm, Freescale,
Samsung, etc.) se encargan de plasmarlos en un chip, y los
modifican en algunos aspectos para sacarle el máximo
rendimiento, mejorar su consumo de energía, dedicarlo a
un propósito específico, … .
 En las arquitecturas más antiguas se utilizan en los chips
más baratos; la generación ARM9 en los de gama baja, la
ARM11 en los de gama media-alta, y Cortex A8 para gama
alta.
 También existen fabricantes con diseños de chips de la
última generación, Cortex A9.
Familias ARM
 ARM11
 Potencia extremadamente baja.
 Gama de rendimiento de 350 MHz en diseños de área
pequeña y que puede llegar hasta 1 GHz de velocidad en los
diseños optimizados de 45 y 65 nm.
 Introduce SIMD de 32 bits.
 Se le agregó cachés físicas para mejorar el rendimiento al
utilizar de diferentes sistemas operativos y TrustZone que
proporciona seguridad mediante hardware dedicado.
 La disposición de las memorias favorece a las aplicaciones en
tiempo real y admite multicore.
 Es el modelo de ARM preferido por Nokia y está presente
también en varios modelos HTC y Samsung, y en el Apple
iPhone (EDGE y 3G).
Familias ARM
 Cortex A8
 Está basado en la arquitectura ARMv7 y tiene la capacidad de escalar en
velocidad desde 600 MHz a más de 1GHz.
 Cumple con los requisitos para dispositivos móviles optimizados en
energía que necesiten operar con menos de 300 mW de consumo.
 No admite multicore.
 Adecuado para aplicaciones de alto rendimiento y que requieran
microprocesadores superescalares
(smartphones, set-up boxes,
impresoras, televisión digital, …).
 Posee una unidad NEON que consiste en un motor SIMD de 128 bits
que permite un alto rendimiento de procesamiento de datos
multimedia.
 Algunos smartphones con este microprocesador son el Apple iPhone
3GS, el Apple iPhone 4 (SoC Apple A4 , fabricado por Samsung e
Intrensity), el Samsung Omnia HD, el Samsung Wave S8500, el
Samsung i9000 Galaxy S (modelo Hummingbird) y el Nokia N900.
Familias ARM
 Cortex A9
 Al igual que los Cortex-A8 se basan en la arquitectura ARMv7.
 Diseñado en busca de alta eficiencia, longitud dinámica,
superescalaridad multi-flujo, fuera de orden, especulando con
pipeline de 8 etapas.
 La micro-arquitectura Cortex-A9 se facilita dentro de un procesador
multi-núcleo escalable, el Cortex-A9 procesador multinúcleo
MPCore, o en un procesador más tradicional, el procesador CortexA9
 El procesador Cortex-A9 MPCore ofrece la posibilidad de ampliar el
máximo rendimiento, mientras que también apoya la flexibilidad de
diseño y nuevas características para reducir aún más y controlar el
consumo de energía a nivel de procesador y sistema ideal para
dispositivos móviles.
 De hecho ARM incluso propone un diseño de ARM MPCore propio
para smartphones con dos núcleos Cortex A-9.
Familias ARM
Familias ARM
 A continuación, se realiza una pequeña comparativa
entre estos microprocesadores de ARM midiendo el
rendimiento teórico de los mismos según los DMIPS,
tenemos:
 ARM11: 1,2 DMIPS por MHz
 ARM Cortex A8: 2 DMIPS por MHz
 ARM Cortex A9: 2,5 DMIPS por MHz
 Como se observa, este rendimiento depende de la
frecuencia del microprocesador y, además, se
multiplicaría por el número de núcleos que tuviese el
chip.
SAMSUNG HUMMINGBIRD (S5PC110)
 Basado en la arquitectura ARM Cortex A8 de 45 nm y
desarrollado conjuntamente con Intrinsity.
 El Hummingbird viene con 32 KB de datos y caché de
instrucciones, una memoria caché L2 de tamaño
variable y la extensión multimedia NEON.
 Con NEON, Hummingbird permite la codificación y
decodificación de hardware de vídeo, gráficos 2D/3D,
audio, voz, procesamiento del habla y síntesis de
sonido.
 Ofrece 2000 DMIPS a 1GHz.
SAMSUNG HUMMINGBIRD (S5PC110)
 Para el desempeño de servicios de comunicación 3.xG y 4G
adopta la arquitectura interna de bus de 64 bits, el bus primario
de datos (RAM) es de 64 bits, mientras que el secundario (ROM)
es de 32 bits.
 Integra Multi Format Codec (MFC), acelerador hardware que
permite la codificación y decodificación de diversos formatos y
que es compatible con videoconferencia en tiempo real.
 Este procesador se puede encontrar en el Smartphone Samsung
Galaxy S que incorpora una unidad de procesamiento gráfica
PowerVR SGX540.
 Otro Smartphone que en el futuro incorporará este
microprocesador es el Nexus S de Google.
SAMSUNG HUMMINGBIRD (S5PC110)
APPLE A4
 Es un sistema en chip que integra un microprocesador basado en la
arquitectura ARM Cortex A8 y una GPU PowerVR 535 en un mismo
encapsulado.
 Aunque Apple aseguraba que había sido diseñado por su empresa en
realidad fue] desarrollado conjuntamente por Intrinsity y Samsung.
 Intrinsity fue adquirida en 2008 por Apple Inc, heredando
naturalmente el diseño del chip.
 Se trata de una evolución del Samsung Hummingbird S5PC110.
APPLE A4
 El Apple A4 ha demostrado ser realmente eficiente por ciclo de reloj
frente a otras opciones equivalentes del mercado.
SNAPDRAGON
 Snapdragon es una plataforma ARM desarrollada por Qualcomm para
dispositivos móviles.
 Está diseñada para computación ubicua en tiempo real con bajo consumo de
energía.
 El núcleo del procesador Snapdragon se denomina Scorpion y es de diseño
propio de Qualcomm. Tiene muchas características similares a las del núcleo
ARM Cortex-A8, pero en teoría tiene un rendimiento mucho más alto para las
operaciones SIMD multimedia.
SNAPDRAGON
 Todos los procesadores Snapdragon contienen los
circuitos de decodificación de video de alta
definición (HD).
 Las unidades de procesamiento gráfico Adreno,
integradas en conjuntos de chips Snapdragon son
de diseño propio de Qualcomm, aprovechando los
activos de la empresa adquirida de AMD.
 Un ejemplo de Smartphone que utiliza esta
plataforma es el Nexus One que tiene integrado un
Snapdragon QSD8250 de 32 bits.
OMAP
 Texas Instruments OMAP (Open Multimedia Application
Platform) es una categoría de microprocesadores que tienen
capacidad para aplicaciones multimedia portátiles y móviles y
que es desarrollado por Texas Instruments.
 Muchos teléfonos móviles utilizan microprocesadores de OMAP,
incluyendo la mayor parte de la gama de Nokia N-series.
 Algunos de los procesadores de la familia OMAP contienen una
arquitectura de doble núcleo que consiste en un procesador ARM
de uso general de acogida y uno o más DSP.
 El procesador digital de señal que aparece comúnmente es una
variante de la DSP de Texas Instruments serie TMS320.
OMAP 3430
 El primer dispositivo de TI OMAP 3 es el procesador de
aplicaciones multimedia OMAP3430 que ofrece hasta 3 veces la
ganancia en el rendimiento de los procesadores ARM11.
 Es el primer procesador de la industria que se diseñó en una
tecnología de 65 nanómetros con proceso CMOS y de las
primeras aplicaciones en la industria que integran el núcleo
ARM Cortex-A8.
 Combinado con la tecnología de TI en el OMAP3430, el ARM
Cortex-A8 permite interfaces de usuario más rápido, acceso a
datos más rápido y aplicaciones de productividad y
entretenimiento en el teléfono móvil , manteniendo al mismo
tiempo la eficiencia de energía se esperan de un teléfono o
dispositivo móvil.
 Este procesador se utiliza en el Smartphone Nokia N900.
Multiprocesadores Multinúcleos
 Actualmente la computación multi-núcleo, es toda una
realidad, los procesadores (CPU) de escritorio ya migraron
hace algunos años a este diseño que busca mejor eficiencia
y rendimiento de computo.
 Los procesadores ARM apuntan a esta misma tendencia.
 Al hablar de incremento de frecuencia e incremento de
núcleos en un procesador preocupa el consumo energético,
que en los SMARTPHONES está limitado a 300 mW.
 Cortex A9 utiliza un proceso de manufactura de 45nm, lo
que le permite mantener el consumo en cuotas aceptables
Multiprocesadores Multinúcleos
 La siguiente interrogante es si el software actual está
diseñado para aprovechar arquitecturas ARM multinúcleos.
 Además, del Cortex-A9 se debe contar con el nuevo modelo
de ARM, el Cortex-A15, que serán multiprocesadores de
dual core o quad core, y tendrán frecuencias de hasta 2.5
Ghz.
NVIDIA Tegra 2
 NVIDIA Tegra 2 es uno de los procesador de móviles
más avanzado del mundo.
 Incluye la primera CPU de doble núcleo del mercado
de móviles para duplicar la velocidad de navegación en
la web.
 Sus características fundamentales son:
 CPU ARM Cortex-A9 de doble núcleo.
 GPU GeForce de muy bajo consumo (ULP).
 Procesador de reproducción de vídeo 1080p.
Samsung ORION
 Utiliza procesadores de doble núcleo, basados en ARM




Cortex A9.
Estos procesadores están acompañados por GPU Mali 400.
Son el relevo generacional de los Hummingbird de
Samsung, basados en Cortex A8, con PowerVR en la parte
gráfica.
En cuestiones gráficas llega a niveles más parecidos a los de
una Xbox 360 o a una Playstation 3, que de un teléfono
móvil actual.
Debido a sus cualidades gráficas se cree que será elegido
para integrarlo en el futuro Playstation Phone con sistema
operativo Android.
OMAP 4
 La plataforma OMAP 4 de Texas Instruments tiene dos
cores basados en la arquitectura Cortex-A9 de ARM, la
misma que ha utilizado Samsung para crear Orion.
 La diferencia más notable es la GPU incluida por OMAP 4,
la PowerVR SGX540.
 Se distribuirá en dos versiones:
 OMAP4430 -> 1 GHz cada core
 OMAP4440 -> 1.5 GHz cada core
 Texas Instruments asegura que OMAP 4 será capaz de
ofrecer soporte para casi cualquier aplicación de tecnología
3D que pueda aparecer.
OMAP 4
SNAPDRAGON MSM8360 y MSM8660
 La gama de procesadores Snapdragon de Qualcomm
deja atrás al procesador de 1GHz, para lanzar el nuevo
procesador Snapdragon de 1.2GHz y de doble núcleo.
 MSM8360
 MSM8660
 Capaz de dar soporte de gráficos 2D/3D.
 Con aceleración OpenGL ES 2.0 y OpenVG 1.1.
 También Qualcomm está trabajando en el chip
Snapdragon 8X72, será un dispositivo de doble núcleo
que funcionará a 1,5 GHz.
Conclusiones
 Como se ha tratado en el siguiente documento el
futuro de los smartphones está en la utilización de los
microprocesadores multinúcleo para así poder mejorar
sus prestaciones y para poder ofrecer nuevas
aplicaciones a los usuarios.