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Microprocesadores en
SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
Cassandra Déniz Falcón
Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
Contenido
¿Qué es un SMARTPHONE? .......................................................................................................... 3
Microprocesadores en SMARTPHONES ........................................................................................ 6
Familias ARM ............................................................................................................................. 6
ARM7 ..................................................................................................................................... 6
ARM Cortex A8 ...................................................................................................................... 7
ARM Cortex A9 ...................................................................................................................... 8
SAMSUNG HUMMINGBIRD (S5PC110)...................................................................................... 9
APPLE A4 ................................................................................................................................. 11
SNAPDRAGON ......................................................................................................................... 13
OMAP ...................................................................................................................................... 14
Multiprocesadores multinúcleos ................................................................................................ 15
NVIDIA TEGRA ......................................................................................................................... 18
SAMSUNG ORION .................................................................................................................... 19
OMAP 4 .................................................................................................................................. 19
SNAPDRAGON ......................................................................................................................... 20
Bibliografía .................................................................................................................................. 21
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
Tabla de ilustraciones
Ilustración 1: IBM Simon Personal Communicator. ...................................................................... 5
Ilustración 2: Arquitectura ARM7. ................................................................................................ 7
Ilustración 3: Arquitectura Cortex A8. .......................................................................................... 8
Ilustración 4: ARM MPCore para SMARTPHONES......................................................................... 9
Ilustración 5: Arquitectuta S5PC110. .......................................................................................... 10
Ilustración 6: SMARTPHONE Samsung Galaxy S.......................................................................... 11
Ilustración 7: Comparativa de chips del APPLE A4 y el S5PC110. ............................................... 12
Ilustración 8: Tabla comparativa de tiempos de carga de páginas web. .................................... 12
Ilustración 9: Arquitectura OMAP 3430 ...................................................................................... 15
Ilustración 10: Arquitectura Cortex A9 MPCore. ........................................................................ 16
Ilustración 11: Arquitectura Cortex A15 MPCore. ...................................................................... 17
Ilustración 12: Arquitectura OMAP 4. ......................................................................................... 20
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
¿Qué es un SMARTPHONE?
Desde la creación del primer teléfono móvil hasta la actualidad ha habido una gran
cantidad de cambios y avances en la tecnología, que hoy permiten a los usuarios tener en un
teléfono móvil gran cantidad de herramientas, más allá del mero hecho de realizar llamadas o
recibir mensajes.
Tal es el caso de los equipos denominados Smartphone, conocidos también como
teléfonos inteligentes, ya que no sólo sirven como dispositivos de comunicación, sino que
además son completos organizadores personales.
De hecho, Smartphone o teléfono inteligente es un término comercial utilizado para
denominar a un teléfono móvil que ofrece más funciones que un teléfono móvil común. Este
tipo de teléfonos constituyen herramientas portátiles que permiten realizar diversas tareas
similares a las que se pueden llevar a cabo en un PC, además de la tradicional comunicación
telefónica. Sin embargo, por poseer características similares a las de un ordenador, hace que
estos dispositivos puedan ser vulnerables a virus y ataques al sistema operativo, tal como
sucede en la actualidad con los equipos portátiles o de escritorio.
Básicamente, cuando se habla de un teléfono inteligente o Smartphone, el término se
refiere a un teléfono que reúne ciertas características que permiten instalar en el dispositivo
un sistema operativo completo con aplicaciones para realizar diversas tareas complejas y
trabajar con importantes cantidades de datos.
En cuanto a su diseño, por lo general los Smartphone poseen un tamaño
significativamente mayor al de un teléfono móvil convencional, esto se debe a la necesidad de
incorporar ciertas características especiales como teclados del tipo QWERTY, pantallas táctiles
más grandes de alta definición,….
Las principales características que diferencian a un teléfono móvil común de un
Smartphone se detallan a continuación, aunque cabe destacar que no todos los Smartphone
incluyen todas las funciones debido a características comerciales y a propósitos específicos.
- Soportan correo electrónico.
- Cuentan con GPS.
- Una de sus características más destacadas reside en la posibilidad que nos brinda de
instalar programas, mediante los cuales el usuario logra ampliar las capacidades y
funcionalidades del equipo, más allá de como lo haya entregado el fabricante. Estas
aplicaciones ser desarrolladas por el fabricante del dispositivo, por el operador o por un
tercero.
- Utilizan cualquier interfaz para el ingreso de datos, como por ejemplo teclado
QWERTY, pantalla táctil,….
- Permiten la conexión a Internet vía telefónica y mediante conexiones inalámbricas.
- Poseen agendas digitales, administración de contactos,….
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- Permitan leer documentos en distintos formatos, entre ellos PDFs y archivos de
Microsoft Office.
- Cuentan con algún sistema operativo.
- Tienen capacidad de multitarea al igual que los PCs; se pueden recibir llamadas,
revisar la agenda mientras se visualizan videos en Media Player, o mientras se sincroniza el
dispositivo con otros, y todo esto sin necesidad de interrumpir alguna de las tareas.
Históricamente, se considera como primer Smartphone al IBM Simon Personal
Communicator. Este teléfono inteligente fue creado por IBM y comercializado por BellSouth,
además se presentó por primera vez en 1992 en la COMDEX, demostración comercial anual de
la industria de las comunicaciones que se celebra en Las Vegas, EEUU. Se lanzó
comercialmente en 1993 y combinaba las características de un teléfono móvil, una PDA, un
mensáfono o buscapersonas y una máquina de fax. Se vendió en 190 ciudades de EEUU
pertenecientes a 15 estados diferentes, además, se tasó originalmente en $899 (a día de hoy
unos 680€).
Además de teléfono móvil, sus principales aplicaciones eran un calendario, una libreta
de direcciones, un reloj mundial, una calculadora, un bloc de notas, e-mail, y juegos. No tenía
teclado físico sino que los clientes utilizaban una pantalla táctil para seleccionar los números
de teléfono o creaban facsímiles y notas con un lápiz opcional. El texto se introducía con un
teclado predictivo en pantalla o con un teclado QWERTY. Además, disponía opcionalmente de
la incorporación de una tarjeta de memoria PCMCIA. Para la época, era una auténtica
revolución, teniendo en cuenta que los teléfonos móviles eran todavía poco comunes.
Ilustración 1: IBM Simon Personal Communicator.
Luego llegaron otros, como el Nokia 9000 en 1996, o el Ericsson R380 y el Nokia 9210
en 2000. Pero sin lugar a dudas, el pistoletazo de salida del teléfono inteligente fue el anuncio
de Microsoft en 2002 de la creación de un sistema operativo exclusivo para móviles, el
“Microsoft Windows Powered Smartphone” o simplemente, Windows Mobile, actualmente
Windows Phone OS.
Posteriormente, salieron al mercado nuevos sistemas operativos para competir con el
del gigante Microsoft. Fue el caso de Symbian OS, RIM, Linux, o Palm. Symbian tiene casi la
mitad de cuota de mercado, ya es que usado por muchas marcas conocidas de móviles, entre
las que se encuentran Nokia, Sony Ericsson, Samsung, o LG, de hecho fue creado tras una
alianza de estas compañías. En nuestros días, marcas como Apple, con su iPhone OS, y
Android, compiten por restar mercado a Symbian, con dos de los modelos que más suenan en
nuestros días: iPhone y Nexus One. Aunque el Nexus One probablemente quede desplazado
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por su modelo evolutivo, el Nexus S. Esta evolución en la utilización de sistemas operativos se
muestra en la siguiente tabla:
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
Prácticamente todos los microprocesadores utilizados en telefonía móvil (el 98%) son
ARM, diseñados por una empresa inglesa llamada también ARM, que 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 el mundo de los ordenadores, Intel y AMD usan una misma arquitectura (llamada
x86) que está basada en un desarrollo inicial de Intel; en el mundo móvil la arquitectura la
define una compañía que no hace chips (ARM) y los chips los hacen compañías que no hacen la
arquitectura. ARM, por supuesto, tiene mucho interés en que sus procesadores se mantengan
al día, así que van sacando nuevos diseños, cada vez más poderosos.
Obviamente, 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. Son como los Pentium, Core 2 Duo, Core i3 o Athlon del mundo móvil. También,
existen fabricantes con diseños de chips de la última generación, Cortex A9.
Familias ARM
ARM7
La familia de procesadores ARM11 no solo proporciona a los teléfonos inteligentes
muchas características que los hacen interesantes en el mercado hoy en día, sino que también
es ampliamente utilizado en el hogar y en aplicaciones integradas. Ofrece una potencia
extremadamente baja y una 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. El
software del procesador ARM11 es compatible con todas las generaciones anteriores de
procesadores ARM e introduce SIMD de 32 bits. SIMD (Single Instruction, Multiple Data),
técnica empleada para conseguir paralelismo a nivel de datos. Se le agregaron cachés físicas
para mejorar el rendimiento al utilizar de diferentes sistemas operativos y TrustZone que
proporciona seguridad mediante hardware dedicado, para sistemas especialmente seguros.
Además, la disposición de las memorias favorece a las aplicaciones en tiempo real y admite
multicore. Este tipo de ARM se utiliza en los siguientes teléfonos móviles:

Nokia E63, Nokia E71, Nokia 5800, Nokia E51, Nokia 6700 Classic, Nokia 6120
Classic, Nokia 6210 Navigator, Nokia 6220 Classic, Nokia 6290, Nokia 6710
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



Evolución multinúcleos
Navigator, Nokia 6720 Classic, Nokia E75, Nokia N97, Nokia N81 (modelo
Freescale MXC300-30).
Nokia E90, Nokia N93, Nokia N95, Nokia N82 (modelo OMAP2420).
HTC Dream, HTC Magic, Motorola Z6, HTC Hero, Samsung SGH-i627 (Propel
Pro) (modelo Qualcomm MSM7201A).
Samsung S3C6410 (Samsung Omnia II, Samsung Moment, SmartQ 5).
Apple iPhone (EDGE y 3G).
Como se observa es el modelo de ARM preferido por Nokia. A continuación, se
muestra la arquitectura de la versión ARM1176JZ (F)-S utilizada en el Apple iPhone 3G:
Ilustración 2: Arquitectura ARM7.
ARM Cortex A8
El ARM Cortex-A8 está basado en la arquitectura ARMv7 y tiene la capacidad de
escalar en velocidad desde 600 MHz a más de 1GHz. El procesador Cortex-A8 puede cumplir
los requisitos para dispositivos móviles optimizados en energía que necesitan operar con
menos de 300 mW de consumo, y con rendimiento optimizado para aplicaciones que
requieran 2000 Dhrystone MIPS (operando a 1GHz). Sin embargo, no admite multicore.
Este procesador es especialmente adecuado para aplicaciones de alto rendimiento y
que requieran microprocesadores superescalares (smarthpones, set-up boxes, impresoras,
televisión digital, redes en el hogar o de almacenamiento,…).
El Cortex-A8 posee una unidad NEON que consiste en un motor SIMD de 128 bits que
permite un alto rendimiento de procesamiento de datos multimedia. El uso de NEON para
algunas cargas de trabajo de audio, video y gráficos facilita la carga de mantener a los
aceleradores más dedicados en todo el SoC y permite que el sistema sirva de apoyo para los
estándares futuros.
Algunos smartphones con este microprocesador son:


Apple iPhone 3GS.
Apple iPhone 4 (SoC Apple A4, fabricado por Samsung e Intrensity).
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Microprocesadores en SMARTPHONES



Evolución multinúcleos
Samsung Omnia HD.
Samsung Wave S8500, Samsung i9000 Galaxy S (modelo Hummingbird).
Nokia N900.
Ilustración 3: Arquitectura Cortex A8.
ARM Cortex A9
Los procesadores Cortex-A9 son los procesadores de más alto rendimiento de ARM y
se basan, al igual que los Cortex-A8 en la arquitectura ARMv7. Diseñado en busca de alta
eficiencia, longitud dinámica, superescalaridad multiflujo, fuera de orden, especulando con
pipeline de 8 etapas, los procesadores Cortex-A9 entregan niveles sin precedentes de
rendimiento y eficiencia energética con la funcionalidad requerida para productos de
vanguardia, a través de la amplia gama de consumo, redes y aplicaciones móviles.
La micro-arquitectura Cortex-A9 se facilita dentro de un procesador multinúcleo
escalable, el Cortex-A9 procesador multinúcleo MPCore, o en un procesador más tradicional, el
procesador Cortex-A9, procesador de núcleo único. Soporta configuraciones de 16, 32 o 64 KB
para cachés L1 asociativas de cuatro vías, con hasta 8 MB de caché L2 a través del controlador
de memoria de caché L2 opcional.
El Cortex-A9 MPCore integra la tecnología ARM MPCore junto con otras mejoras para
simplificar y ampliar la adopción de soluciones multinúcleo. 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.
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Ilustración 4: ARM MPCore para SMARTPHONES.
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.
A continuación se exponen algunos modelos de chips que utilizan microprocesadores ARM
y que son utilizados en smartphones.
SAMSUNG HUMMINGBIRD (S5PC110)
El Hummingbird de Samsung, está basado en la arquitectura ARM Cortex A8 de 45 nm
y desarrollado conjuntamente con Intrinsity. La CPU Hummingbird permite no sólo los medios
de comunicación de alto rendimiento y la adquisición de datos desde dispositivos móviles, sino
también un consumo bajo de energía y, gracias a la reutilización de la tecnología existente,
precios de los chips relativamente bajos.
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, más del doble de potente que anteriores chips
basados en ARM.
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Evolución multinúcleos
Esta aplicación Cortex-A8, ofrece 2000 DMIPS a 1GHz. El bajo consumo de energía y el
rendimiento operativo de gran reloj que el colibrí un núcleo de procesador ideal para su uso en
dispositivos móviles avanzados. Como ya se ha mencionado este procesador tiene una gran
capacidad multimedia y de procesamiento combinados con un bajo consumo energético. Tiene
un caché L2 de 512KB. Con la velocidad de reloj de 1 GHz y la memoria caché L2 de gran
tamaño, el S5PC110 permite a las aplicaciones en tiempo real como la navegación web y
dinámico interfaz de usuario para funcionar sin problemas y reaccionar con un rápido tiempo
de respuesta.
Para proporcionar un optimizado rendimiento hardware para el desempeño de servicios
de comunicación 3.xG y 4G, el S5PC110 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. Esto
incluye muchos aceleradores de hardware de gran alcance para tareas como el procesamiento
de vídeo, control de pantalla y ampliación. Integra Multi Format Codec (MFC) que admite la
codificación y decodificación de MPEG2 / 4, H.263 y H.264, VC1 y decodificación de XVID. Este
acelerador de hardware (MFC) es compatible con videoconferencia en tiempo real y televisión
analógica para NTSC / PAL y con modo HDMI para televisores de alta definición.
S5PC110 tiene una interfaz de memoria externa que es capaz de sostener grandes anchos
de banda de memoria necesaria en los servicios de comunicaciones de alta gama. El sistema de
memoria tiene puertos externos Flash/ROM para acceso paralelo y dos puertos DRAM para
anchos de banda de alta. Cada controlador de DRAM es compatible LPDDR1 (móvil DDR),
LPDDR2, o DDR2. Los puertos Flash/ROM soportan Flash NAND, NOR Flash, OneNAND, SRAM y
ROM como tipos de memorias externas.
Para reducir el costo total del sistema y mejorar la funcionalidad general, S5PC110 incluye
muchos periféricos hardware, tales como un controlador LCD TFT de 24 bits de color
verdadero, una interfaz de cámara, MIPI DSI, MIPI CSI-2, un administrador de energía, una
interfaz ATA, cuatro UART, 24 canales DMA, cuatro temporizadores, puertos generales de
entrada/salida, tres IIS, S/PDIF, tres interfaces IIC-BUS, dos HS-SPI, cuatro SD host y la interfaz
de tarjeta multimedia de alta velocidad. Tarjeta de host USB 2.0 y dispositivos USB 2.0 de
funcionamiento a alta velocidad (480Mbps) con USB 2.0 PHY, respectivamente, y cuatro PLL
para la generación de reloj.
Ilustración 5: Arquitectura S5PC110.
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Este procesador se puede encontrar en el Smartphone Samsung Galaxy S cuya principal
característica es su pantalla AMOLED y la gran capacidad gráfica. Este teléfono incorpora una
unidad de procesamiento gráfica PowerVR SGX540. A continuación se realiza una comparativa
con otras GPUs incluidas en smartphones según el número de millones de triángulos por
segundo (medida de procesamiento gráfico):



Nexus One: Qualcomm QSD8×50 con Adreno 200 = 22 millones triángulos/segundo
iPhone 3G S: Cortex-A8 (600 MHz) con PowerVR SGX535 = 28 millones
triángulos/segundo
Samsung Galaxy S: S5PC110 con PowerVR SGX540 = 90 millones triángulos/segundo
Ilustración 6: SMARTPHONE Samsung Galaxy S.
Otro Smartphone que en el futuro incorporará este microprocesador es el Nexus S de
Google.
APPLE A4
El Apple A4 es un sistema en chip que integra un microprocesador basado en la
arquitectura ARM y una GPU PowerVR 535 en un mismo encapsulado.
Aunque durante un tiempo se rumoreó que el chip había sido diseñado por P.A. Semi,
compañía que Apple había adquirido anteriormente, hoy día, estos rumores han sido
totalmente descartados. Aunque Apple aseguraba que había sido diseñado por su empresa en
realidad fue desarrollado conjuntamente por Intrinsity y Samsung. Posteriormente, Intrinsity
fue adquirida en 2008 por Apple Inc, heredando naturalmente el diseño del chip. De hecho se
trata de una evolución del Samsung Hummingbird S5PC110 mencionado anteriormente.
Este dispositivo es utilizado en varios productos móviles de Apple, como el iPad, el
iPhone 4, la cuarta generación de iPod Touch y la segunda generación de Apple TV. De
El chip A4 es un System on Chip, es decir, no solo es una CPU, sino también una GPU
en un mismo encapsulado. Gracias a este procesador basado en Cortex A8, el iPhone puede
reproducir vídeos en alta definición y gracias a la GPU ejecutar juegos fluidamente y añadir
efectos gráficos a la interfaz.
Sin embargo, el Samsung Hummingbird presente en el Samsung Galaxy S o Samsung
Wave, integra la GPU PowerVR 540, que es entre 2 y 3 veces más rápida que la 535, como se
vio en una comparativa anterior.
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Ilustración 7: Comparativa de chips del APPLE A4 y el S5PC110.
El Apple A4 ha demostrado ser realmente eficiente por ciclo de reloj frente a otras
opciones equivalentes del mercado. Al compararlo en una sencilla tarea para la que tanto iPad
como smartphones están específicamente preparados, la navegación web y teniendo como
rivales al iPhone 3GS y al terminal de Google, Nexus One, que monta un ARM Snapdragon a 1
GHz los resultados se muestran a continuación.
Ilustración 8: Tabla comparativa de tiempos de carga de páginas web.
Además de ser muy eficiente energéticamente hablando, ha demostrado que en una
sencilla prueba de rendimiento, midiendo tiempos de carga de distintas webs, en la gran
mayoría de casos saca una ventaja más que evidente, recortando hasta a la mitad los tiempos
de carga. Hay que tener en cuenta que en cuanto a frecuencia de funcionamiento, comparte
con Nexus One la velocidad de 1 GHz, por lo que la única diferencia está relacionada con la
arquitectura interna.
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Evolución multinúcleos
SNAPDRAGON
Snapdragon es una plataforma ARM desarrollada por Qualcomm para dispositivos
móviles. Su diseño responde a las necesidades de uso de ordenador en tiempo real, en
cualquier lugar, y con una duración de batería equivalente a una jornada.
La plataforma Snapdragon 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.
Todos los procesadores Snapdragon contienen los circuitos de decodificación de video
de alta definición (HD) de la resolución a 720p o 1080p, dependiendo en el chipset
Snapdragon. Las unidades de procesamiento gráfico Adreno, integradas en conjuntos de chips
Snapdragon (y algunos otros conjuntos de chips Qualcomm) son de diseño propio de
Qualcomm, aprovechando los activos de la empresa adquirida de AMD.
Además, la plataforma Snapdragon lleva integrada conectividad universal
(CDMA2000/1xEvDo, HSDPA/HSUPA), así como Bluetooth, GPS, WiFi (con VozIp) y televisión.
A todo lo cual se suma el mínimo consumo de batería por la optimización de la CPU y del
procesador DSP, lo cual permite distanciar considerablemente las recargas. El ‘revolucionario’
nivel de integración, significa ventajas a la hora de diseñar, incluyendo reducción de costos,
menor tiempo de producción y terminales mucho más finas. Por último, las capacidades
multimedia son avanzadas en cuanto a dispositivos compatibles: pantallas XGS con LCDC,
cámaras hasta de 12 Mpx., codificador/decodificador WVGA, soluciones de audio vídeo
simultáneo como videollamada, televisión, videoteléfono, etc.; música MP3 y AAC+ mejorado.
Un ejemplo de Smartphone que utiliza esta plataforma es el Nexus One que tiene
integrado un Snapdragon QSD8250 de 32 bits.
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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 dispositivos que utilizan OMAP son el N90, N91, N92, N95, N82, E61, E62, E63,
E90, N900, Motorola Droid, Droid X, y Droid 2, y muchos otros dispositivos de Nokia y Samsung
(como el Nokia N800 y N810 Internet tablets). El Palm Pre, el Pandora Open, y Motorola Droid
también utilizan un procesador OMAP (el OMAP3430). Otros que utilizan un SoC OMAP son el
Sony Ericsson Satio, el Sony Ericsson Vivaz, y el Samsung OMNIA HD. 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.
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 funciona a una frecuencia más alta que la generación
anterior de procesadores OMAP, al tiempo que reduce el voltaje del núcleo y añade
características de reducción de potencia.
Además es 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.
Incorpora IVA 2 + de segunda generación que permite multiestándar (MPEG4, H264,
Windows Media Video, RealVideo, etc), codificar y decodificar vídeo en DVD y hasta 720p de
resolución. Con las capacidades multimedia avanzadas de la OMAP3430 un multiestándar con
calidad de DVD, videocámara y hasta 720p de calidad se puede añadir a un teléfono por
primera vez. Además, la aceleración de ARM de vectores en coma flotante, junto con el
acelerador de hardware dedicado OMAP3430 de gráficos 2D/3D, proporciona una interfaz de
uso excepcional y capacidades de juego.
El procesador OMAP3430 incluye PowerVR Imagination Technologies SGX compatible
con OpenGL ES 2.0 y OpenVG , que proporciona un rendimiento gráfico superior y funciones
avanzadas de interfaz de usuario. TI permite imágenes sofisticadas y dinámicas con "pixeles
inteligentes" a través de la tecnología OpenGL ES 2.0. Esta tecnología única permite que cada
pixel en una imagen se programe de forma individual, dando a los desarrolladores de interfaz
de usuario y de juegos el poder de crear efectos ricos con el realismo cinematográfico.
Este procesador se utiliza en el Smartphone Nokia N900.
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Ilustración 9: Arquitectura OMAP 3430
Multiprocesadores multinúcleos
Actualmente la computación multinúcleo, 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. En la actualidad tenemos en el mercado procesadores de dos, tres,
cuatro y seis núcleos y los procesadores gráficos (GPU) también lo han hecho con cientos de
núcleos capaces de procesar grandes volúmenes de datos en poco tiempo, pero esta tendencia
se está extendiendo al mercado de dispositivos móviles (handset) y teléfonos móviles de gama
alta basados en procesadores de arquitectura ARM.
Según ARM, la compañía que diseña estos microprocesadores, tal como en el mercado
de los procesadores de escritorio, que han migrado su arquitectura a diseños de doble y
cuádruple núcleo como lo más usual (también procesadores de 3 y 6 núcleos y a futuro incluso
12 núcleos dentro de lo excepcional), los procesadores ARM apuntan a esta misma tendencia,
de hecho, esto está más cerca de lo esperado debido al Cortex-A9 MPCore nombrado en
apartados anteriores.
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
Ilustración 10: Arquitectura Cortex A9 MPCore.
Lo anterior significa básicamente que los principales fabricantes de teléfonos de gama
alta como Apple (iPhone), Palm (PalmPre), Nokia, RIM (Blackberry) y otras compañías del
mercado, podrían eventualmente actualizar sus terminales con futuros modelos que utilicen
procesadores ARM de doble núcleo como el Cortex A9, tomando en cuenta que actualmente
estos dos fabricantes usan el modelo Cortex A8 de un núcleo. Este cambio significaría
potencialmente un incremento de rendimiento de estos dispositivos.
Esto es una natural progresión en el mercado de los teléfonos de alto rendimiento,
como el iPhone y PalmPre y similares que cada día precisan de mayor potencia en virtud de las
tendencias actuales de uso de estos dispositivos, que ya no sólo sirven para hacer una simple
llamada, sino que ahora son capaces de realizar múltiples tareas (navegación por Internet,
reproducción de audio y video, ejecución de aplicaciones y juegos, etc.), por lo tanto
incorporara hardware potente es esencial para una buena experiencia de uso.
Por otro lado, lo primero que se nos viene a la mente cuando hablamos de incremento
de frecuencia e incremento de núcleos en un procesador, es el consumo, un asunto
sumamente importante en el mercado de los dispositivos móviles, donde la autonomía es un
asunto crítico, de hecho los fabricantes exigen como máximo un consumo de 300 mW en este
tipo de procesadores como regla de oro, de ahí la importancia de que estos procesadores
posean un consumo eficiente de energía. Para ejemplificar este aspecto, el procesador Atom
de Intel (aunque está destinado a otro mercado) tiene un consumo de 2.000 mW (2 W) mucho
más de los 300 mW que exige la industria de los smarthphones.
Ahora bien, volviendo al contexto, recordemos que el procesador ARM11 (412Mhz) del
iPhone de primera generación y el iPhone 3G está fabricado a 90nm, sin embargo, el Cortex A8
(600Mhz) que utiliza el iPhone 3GS y PalmPre está fabricado en 65nm, esto claramente con el
objetivo de reducir el consumo en virtud de las frecuencias. ARM indica que el Cortex A9 utiliza
un proceso de manufactura de 45nm, lo que como se mencionó en el párrafo precedente le
permite mantener el consumo en cuotas aceptables, lo que repercute directamente en un
menor consumo de energía y una mayor autonomía de la batería de estos dispositivos.
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
En cuanto al rendimiento del actual procesador A8 contra el A9, teniendo en cuenta
que la principal razón para un incremento de rendimiento es el diseño superscalar, que
básicamente significa que el procesador puede ejecutar dos instrucciones separadas por ciclo
de reloj, esto es la capacidad multihilo que podría ser incluso mayor que el rendimiento que
obtiene el procesador Cortex A8 sobre el ARM11.
Una vez que se ha hablado del consumo y los núcleos, la siguiente interrogante es si el
software actual está diseñado para aprovechar arquitecturas ARM multinúcleos. El asunto es
similar al acaecido cuando los procesadores de escritorio de más de un núcleo comenzaron a
salir al mercado, en ese entonces, las aplicaciones que aprovechaban las capacidades multihilo
eran contadas, así que los desarrolladores de aplicaciones, juegos y sistemas debieron trabajar
arduamente para sacar partido al potencial de estos procesadores con sus respectivas
aplicaciones, ahora el panorama es similar en el mercado de los teléfonos móviles.
Bueno, hasta aquí hemos hablado solamente del procesador, pero otro de los
aspectos sumamente importantes en un teléfono móvil de gama alta en la actualidad es el
sistema gráfico. Así, el próximo procesador OMAP 4 (Open Media Applications Processor 4) de
Texas Instruments que también será multinúcleo) ya que se basará en el ARM Cortex A9 y el
subsistema gráfico entregará soporte para reproducción y grabación de video en alta
definición a 1080p, característica que podrán usar los teléfonos que se basen en este SoC ,
además de resoluciones de pantalla más altas y la posibilidad de tomar fotografías incluso a 20
mega píxeles a través de los respectivos módulos, algo por ahora impensado pero que a futuro
se ve totalmente factible según la documentación de TI (Texas Instruments).
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 (doble o cuádruple núcleo), y tendrán
frecuencias de hasta 2.5 Ghz. Con el procesador Cortex A15, ARM está introduciendo nuevas
tecnología que permiten la virtualización del hardware, así como la capacidad de alcanzar
hasta 1 Tera de memoria o capacidades mejoradas de corrección de errores. Al extender sus
funcionalidades e incrementar el número de núcleos de procesador, se impulsa el rendimiento
de la línea de procesador Cortex y ARM consigue mantener la eficiencia energética que los
dispositivos móviles requieren para proporcionar el tiempo de batería que demandan los
usuarios.
Ilustración 11: Arquitectura Cortex A15 MPCore.
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
El bajo consumo de energía y las capacidades mejoradas del Cortex A15 también
consiguen un mejor rendimiento de los servidores, introduciéndose así en el tradicional
ámbito de dominio de Intel, aunque no estará disponible hasta 2012.
NVIDIA TEGRA
NVIDIA Tegra 2 es uno de los procesadores de móviles más avanzados del mundo.
Incluye la primera CPU de doble núcleo del mercado de móviles para duplicar la velocidad de
navegación en la web, la GPU NVIDIA GeForce ULP (muy bajo consumo) para proporcionar 5
veces más velocidad de juego y el primer procesador de vídeo Full HD (1080p) del sector para
reproducir películas o realizar videollamadas con la máxima fluidez y calidad de imagen. Sus
características fundamentales son:
- CPU ARM Cortex-A9 de doble núcleo. La primera CPU con doble núcleo del mercado
de móviles. Acelera la navegación en la web, los tiempos de respuesta y el rendimiento del
dispositivo en general. Es la primera CPU para móviles del mundo en admitir ejecución fuera
de orden, lo que significa más eficiencia de procesamiento y mejor experiencia de uso en
general.
- GPU GeForce de muy bajo consumo (ULP). La tecnología de gráficos de NVIDIA
diseñada para aplicaciones de bajo consumo proporciona una magnífica calidad de
visualización en dispositivos móviles. La GPU GeForce ULP ofrece una extraordinaria velocidad
de juego 3D en el móvil e interfaces gráficas más ágiles y atractivas.
- Procesador de reproducción de vídeo 1080p. Permite reproducir vídeos con
resolución Full HD (1080p) en el dispositivo móvil. Ofrece reproducción de vídeo en alta
definición con altas frecuencias de cuadro y la posibilidad de ver vídeos Flash HD directamente
en la web sin agotar la batería.
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
SAMSUNG ORION
Samsung Orion es el nombre de los procesadores de doble núcleo, basados en ARM
Cortex A9, que la empresa coreana ha desarrollado, por otra parte también están a las GPU
Mali 400, también diseño de ARM, que serán las elegidas para acompañar a los nuevos
procesadores.
Este conjunto representa el relevo generacional de los chipsets más potentes que hay
ahora mismo en el mercado de telefonía móvil, los Hummingbird de Samsung, basados en
Cortex A8, con PowerVR en la parte gráfica.
Cabe destacar que la GPU utilizada, Mali-400, no es el diseño más moderno que tiene
ARM, pero cuenta con cuatro núcleos capaces de reproducir dos flujos de vídeo 1080p, uno
para la pantalla del dispositivo, y otro para una salida externa de vídeo.
El nuevo hardware es cinco veces más potente en cuestiones gráficas que el de un
Samsung Galaxy Tab (Hummingbird), por poner un ejemplo, llegando a niveles más parecidos a
los de una Xbox 360 o 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, aunque
tiene alguna diferencia significativa respecto al procesador coreano. La más notable es la GPU
integrada, que en el caso de OMAP 4 es la PowerVR SGX540, incorporada en los procesadores
Hummingbird en los Samsung Galaxy S. OMAP 4 se distribuirá en dos versiones: OMAP4430,
cuyos cores funcionan a 1 GHz cada uno, y OMAP4440, con una velocidad de 1,5 GHz para
cada core.
Al igual que Orion, OMAP 4 estará fabricado en 45 nm, con el objetivo de reducir lo
máximo posible el consumo de energía. En este sentido, cabe destacar también la inclusión de
la tecnología SmartReflex 2, que permite controlar de forma dinámica el voltaje, frecuencia y
energía empleada por los componentes del sistema en función de la actividad o la temperatura
que presenten.
En el terreno gráfico, Texas Instruments asegura que OMAP 4 será capaz de ofrecer
soporte para casi cualquier aplicación de tecnología 3D que pueda aparecer: juegos, interfaces
de usuario, reproducción de vídeos FullHD 3D, grabación de vídeos 3D en alta definición… Para
la grabación estereoscópica de imágenes, las características técnicas de la plataforma
especifican que OMAP4430 podría procesar las imágenes captadas por 2 cámaras de hasta 12
megapíxeles de forma simultánea, mientras que OMAP4440 podría hacer lo mismo con 2
cámaras de hasta 20 megapíxeles.
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
Texas Instruments ha anunciado que OMAP 4 está pensada para gobernar el cerebro
de los smartphones, tablets y dispositivos portátiles más exigentes. Según Texas Instruments,
ya están siendo fabricadas las primeras muestras de OMP4430 para ser distribuidas a sus
clientes, mientras que OMAP4440 tendrá que esperar al primer trimestre de 2011.
Ilustración 12: Arquitectura OMAP 4.
SNAPDRAGON
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, en concreto los
procesadores MSM8360 y MSM8660.
Se trata de la tercera generación de estos procesadores. En concreto este procesador
es capaz de dar soporte de gráficos 2D/3D, con aceleración OpenGL ES 2.0 y OpenVG 1.1,
siendo capaz de descodificar y codificar vídeo en una resolución de 1080p y da soporte a
pantallas con una resolución máxima WXGA, que suele ser 1280×720 píxeles o 1280×800
píxeles en formato 16:10. Integra soporte para GPS, para redes HSPA+ y EV-DO (dependiendo
del procesador) por lo que va directamente dirigido a terminales como smartphones y también
a estas nuevas tablets que por fin aparecen.
También Qualcomm está trabajando en el chip Snapdragon 8X72, será un dispositivo
de doble núcleo que funcionará a 1,5 GHz.
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.
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Microprocesadores en SMARTPHONES
Evolución multinúcleos
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