صناع رقاقة المحمول: اللبنات الأساسية

بينما يمكنك القول بأن سوق معالجات أجهزة الكمبيوتر المكتبية والكمبيوتر المحمول أصبح محدودًا إلى حد ما ويمكن التنبؤ به مؤخرًا ، إلا أن سوق معالجات التطبيقات للهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية يظل سوقًا نشطًا للغاية مع أكثر من عشرة منافسين. هذه المعالجات تتحرك بسرعة كبيرة ، مع ميزة جديدة كبيرة العام الماضي - معالجات التطبيق رباعية النوى - أصبحت شائعة هذا العام.

لقد كنت أتابع أين تتجه المعالجات وكيف يجب أن تتطور خلال العام المقبل. في المشاركات القليلة التالية ، سأكتب عن المعالجات المحددة ، ولكن لنبدأ بالنظر إلى المكونات التي تدخل في الرقائق.

اللبنات الأساسية

جميع المعالجات المتنقلة تشمل كل من النوى وحدة المعالجة المركزية والرسومات النوى. يحتوي معظمها على بعض ميزات الاتصال و / أو أجهزة النطاق الأساسي للاتصال بشبكة المحمول. (حتى مع ذلك ، تتطلب الهواتف عادةً شريحة RF منفصلة للاتصالات ، بالإضافة إلى شريحة اتصال منفصلة لأشياء مثل Wi-Fi و Bluetooth.)

أحد أسباب المنافسة الشديدة في الفضاء المحمول هو أن الغالبية العظمى من المعالجات للهواتف والأجهزة اللوحية مبنية على بعض التكرار في بنية ARM ، إما باستخدام النوى التي تصممها ARM Holdings نفسها ، أو النوى المخصصة التي تم إنشاؤها باستخدام "الترخيص المعماري" ، ولا سيما بما في ذلك كوالكوم (مع جوهرها "Krait") وأبل في الفضاء المحمول.

بالطبع ، هناك أبنية متنافسة. تحاول Intel دفع بنية x86 التي كانت شائعة جدًا في أجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، كما تمتلك Imagination Technologies بنية MIPS التي حصلت عليها مؤخرًا (المزيد حول ذلك لاحقًا). ومع ذلك ، يسيطر ARM حقًا على السوق الخاصة بقلب وحدة المعالجة المركزية المتنقلة.

الرسومات هي أكثر تنوعا إلى حد ما. أشهر موفر لرسومات IP للجهات الخارجية هو Imagination Technologies. تُستخدم عائلة Power VR في مجموعة متنوعة من المعالجات ، بما في ذلك معالجات Intel و Apple. تتنافس شركة ARM مع مجموعة مراكز الرسومات في مالي ، ويقوم عدد من صانعي الرقائق بإنشاء رسومات خاصة بهم ، بما في ذلك كوالكوم مع رسومات Adreno و Nvidia مع رسومات GeForce.

ذراع النوى في كل مكان

يصنع ARM بالفعل عددًا من النوى المختلفة ، بدءًا من النوى الصغيرة جدًا المستخدمة في جميع أنواع الأجهزة إلى سلسلة Cortex التي تُرى عادةً في معالجات الأجهزة المحمولة. حتى هنا ، هناك مجموعة متنوعة من الخيارات التي تتراوح بين Cortex-A9 (المستخدمة في معظم هواتف اليوم) إلى Cortex-A15 الجديد الأكثر قوة و Cortex-A7 الصغيرة للغاية والموفرة للطاقة.

كانت Cortex-A9 هي قلب معظم نوى تطبيقات الطرف الثالث على مدار العامين الماضيين ، رغم أن العديد من صانعي معالج التطبيقات ينتقلون هذا العام إلى تصاميم جديدة. يعتمد الكثير منها على Cortex-A15 ، الذي تم تصميمه للحصول على أداء أعلى ، و / أو Cortex-A7 ، والذي تم تصميمه لاستخدام طاقة أقل. يحتوي A15 على مساحة عنوان فعلية 40 بت ، على الرغم من أن مؤشرات الترابط الفردية يمكنها الوصول إلى 32 بت فقط ، وتوفر بنية جديدة يجب أن تكون أكثر قوة. أعلنت كل من Broadcom و Nvidia و Samsung و ST-Ericsson و Texas Instruments عن خطط لمعالجات تستخدم هذا الجهاز الأساسي.

إن Cortex-A7 مثير للاهتمام ، لأنه مصمم لاستخدام طاقة أقل بكثير وأن يكون أصغر بكثير من Cortex-A9. كما ترون في الرسم البياني أعلاه ، يمكن أن يكون تطبيق Cortex-A7 بحجم 28nm صغيرًا - أقل من نصف ملليمتر مربع - ويستخدم فقط حوالي ثلث قوة Cortex-A9 بمقدار الثلث تقريبًا. على الرغم من أنه يمكن أن يختلف قليلاً من حيث التطبيق ، إلا أنه من المتوقع بشكل عام أن يستخدم كل قلب من طراز A7 أقل من 100 مللي واط من الطاقة ، مقارنة بذروة تتراوح بين 200 و 300 مللي واط للـ A9 ، وحتى 500 مللي واط للـ A15.

ولكن أكبر دفعة من ARM هي ما يطلق عليه بنية كبيرة. LITTLE ، والتي تقارن بين A7 و A15. في مثل هذا التصميم ، يمكن أن تحتوي الرقاقة على عدة نوى في كل بنية ، مع تشغيل النوى منخفضة الطاقة معظم الوقت وتحويل الشريحة إلى النوى ذات القدرة العالية عندما تحتاج إلى أداء إضافي ، ربما أثناء تشغيل حساب معقد داخل لعبة أو حتى JavaScript معقدة في صفحة ويب.

تشمل حاليًا المرخص لهم الذين تم الإعلان عنهم للهيكل المشترك CSR و Fujitsu و MediaTek و Renesas Mobile و Samsung Electronics. كان أول إعلان عن ذلك هو Samsung Exynos 5 Octa ، لكن يبدو أن هناك شركات أخرى مثل رينيساس متخلفة عن الركب. في المعرض ، أظهر ARM كيف يمكن للجمع بين big.LITTLE توفير الطاقة.

ستتبع A15 و A7 بواسطة Cortex-A57 و A53 ​​، اللذان سيتم ضمهما أيضًا في نظام كبير. LITTLE ، مع تشغيل A53 منخفض الطاقة معظم الوقت ، لكن A57 متاح عند الحاجة إلى مزيد من الطاقة. في حين أن هاتين المعالجات قادرة على تشغيل 64 بت ، إلا أنهما سيتم تشغيلهما في البداية باستخدام أنظمة تشغيل 32 بت ، والتي لا يمكنها معالجة أكثر من 4 غيغابايت ، وهو الحد الأقصى للمعالجات 32 بت في معظم الظروف. (سوف تجد هذه المراكز أيضًا طريقها إلى المعالجات التي تستهدف سوق الخوادم ، حيث تكون الذاكرة الأكبر ضرورية.)

لكننا لا نرى مجرد نهج واحد. يبدو أن كل بائع معالج لديه طريقة مختلفة للمعالجات الراقية الخاصة بهم. تقدم كل من Samsung و Renesas أربعة A15s وأربعة A7s. نفيديا يدفع أربعة A15s كاملة الطاقة بالإضافة إلى نواة منخفضة الطاقة. يستخدم MediaTek وآخرون ببساطة أربعة A7s. تروج ST-Ericsson للنوى A9 ولكن بسرعة أكبر.

ثم هناك الشركات التي لديها "تراخيص معمارية". هذه تسمح أساسا للشركات لإنشاء النوى التي لديها ميزات فريدة من نوعها ، ولكن لا تزال متوافقة مع بنية ARM. كان لتلك البنية - مجموعة التعليمات - بفعالية عدة صيغ في حد ذاتها ، حيث تستخدم كل من A9 و A7 و A15 ما يعرف باسم ARMv7. يستخدم الإصداران A53 و A57 التاليان صيغة أحدث تدعم الحوسبة 64 بت ، والمعروفة باسم ARMv8.

العديد من الشركات لديها تراخيص معمارية. ولعل أشهرها هو كوالكوم ، التي تستخدم جوهرها "Krait" في معظم معالجاتها الحالية (على الرغم من استخدام A7s في النهاية المنخفضة). Krait نواة متوافقة مع ARMv7. تصمم مارفيل النوى الخاصة بها في خط معالجات أرمادا الخاص بها. لا تكشف Apple عن معظم تفاصيل معالجاتها ، لكن يُعتقد أنها صممت النوى الخاصة بها لمعالجات A6 و A6X لجهازي iPhone و iPad. من المرجح أن تكون أول نوى المعالج التي تتوافق مع ARMv8 في رقائق الخادم مثل AppliedMicro X-Gene ، لكن من المحتمل أن تحذو حذوها العديد من الشركات الأخرى التي تصنع النوى المتوافقة مع ARM. على سبيل المثال ، أعلنت نفيديا عن خطط لإنشاء نواة خاصة بها تسمى "Project Denver" لمعالج متنقل من المقرر أن ينتهي عام 2015.

x86 و MIPS البدائل

بينما تهيمن بنية ARM على الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية ، هناك بدائل. لقد كانت Intel أكثر الضجيج مؤخرًا من خلال سلسلة من المنتجات وخريطة طريق لعائلة Atom التي تستهدف الأجهزة المحمولة. عرضت الشركة معالجًا جديدًا يهدف إلى الحد الأدنى لسوق الهواتف الذكية الذي يطلق عليه Z2420 (يُطلق عليه اسم ليكسينغتون) في CES في يناير ، وفي Mobile World Congress كشف النقاب عن منصة Clover Trail + ، التي يقودها ثنائي النواة / أربعة موضوع Atom Z2580 ، يعمل بسرعة تصل إلى 2GHz.

على الرغم من أن الشركة كانت تعرض الهواتف المستندة إلى Atom لبعض الوقت ، إلا أنه في العام الماضي فقط قامت هذه الهواتف بالفعل بتسويقها. تقول إنتل إن لديها الآن 10 تصاميم للهواتف المحمولة على أساس رقاقة Atom في أكثر من 20 دولة ، وهي تروج لميزات مثل دعم كاميرا HDR دون طمس الحركة. صُنعت معالجات Intel Atom الحالية باستخدام تقنية 32 نانومتر ، لكن الشركة لديها خطط للانتقال إلى تقنية FinFET 22nm التي تستخدمها في معالجاتها الأساسية في نهاية العام. بالطبع سيطرت إنتل منذ فترة طويلة على قطاع أجهزة الكمبيوتر المحمولة وحققت بعض التقدم مع أجهزة الكمبيوتر اللوحية المستندة إلى Atom و Core هذا العام أيضًا. سأناقش التفاصيل عندما أصل إلى بائعي المعالج الفردي في المنشور التالي.

كان منافس Intel التقليدي في x86 المعالجات ، AMD ، أيضًا في Mobile World Congress ، حيث يعرض Temash ، المعالج القادم الذي يهدف إلى الأجهزة اللوحية والهجينة التي تعمل بنظام Windows. سيكون هذا متاحًا في كلٍ من الإصدارين ثنائي النواة والإصدار رباعي النواة ، وكانت AMD تعرض عروضًا تجريبية حول كيفية تفوقها على نظام Clover Trail الحالي. هذا من المقرر أن يكون في النصف الأول من عام 2013. AMD ليس لديها حتى الآن منصة للهاتف.

تأتي بنية وحدة المعالجة المركزية الأخرى التي رأيناها في الأجهزة المحمولة من MIPS ، التي تم الحصول عليها مؤخرًا بواسطة Imagination Technologies. تقدم MIPS ثلاثة مستويات مع مجموعة Aptiv النواة للمعالجات ، بما في ذلك خط Pro-Aptiv الذي يستهدف معالجات التطبيقات. يلاحظ مسؤولو الخيال أن MIPS كانت تبيع نوى 64 بت لمدة 20 عامًا وتقول إن الشركة لديها هدف شحن 25 بالمائة من جميع مراكز وحدة المعالجة المركزية على مدار السنوات الأربع إلى الخمس القادمة. في الوقت الحالي ، يذهب معظم معالجات MIPS إلى الأسواق مثل الشبكات والبنية التحتية وأجهزة فك التشفير ، لكن Ingenic تقوم بمعالج للأجهزة المحمولة وتتوقع الشركة أن ترى المزيد من التركيز في هذا المجال. أعلنت MIPS مؤخرًا عن إصدار جديد من البنية ، يسمى V5 ، وتتوقع أن ترى الرقائق الأولية في وقت لاحق من هذا العام.

الرسومات: مسابقة مفاجئة

إذا كان ARM يسيطر على مراكز تطبيقات الأجهزة المحمولة ، فقد سيطرت Imagination Technologies على مراكز الرسومات المحمولة ، على الرغم من أنها تواجه منافسة متزايدة.

يتم تمثيل الخيال اليوم في الغالب من خلال سلسلة PowerVR 5 ، بما في ذلك امتداد 5XT الذي يضيف بعض القدرات التي تتيح إمكانيات OpenGL ES 3.0. الأناقة اليوم هي SGX 544MP4 - يشير الرقم "4" إلى عدد نوى الرسومات. تدعم العديد من الشركات رسومات Imagination ، بما في ذلك Apple و Intel و MediaTek و ST-Ericsson و Ingenic و Allwinner و Texas Instruments. على الرغم من أن Apple لا تؤكد ذلك بشكل عام ، إلا أن معالج A6X الحالي في iPad يحتوي على رسومات PowerVR SGX 554MP4 رباعية النوى. (عرض هذا الخيال في جناحها في Mobile World Congress.) وأكدت الشركة لاحقًا أن Samsung Exynos 5410 Octa يستخدم أيضًا تلك الرسومات.

للمضي قدماً ، تقوم الشركة بترويج سلسلة PowerVR 6 ، والتي ستدعم أصلاً DirectX 10 و Open GL ES 3.0. سيتم تقديم هذا مع مجموعة واحدة من ست مجموعات من الرسومات ، تتراوح من G6100 إلى 6630 الراقية. تقول Imagination إنها تمتلك 10 تراخيص لرسومات VR6.

يعمل Imagination أيضًا على دفع قدرة رسومات منفصلة في شكل مراكز الفيديو PowerVR ، والتي تتضمن فك تشفير الفيديو وترميزه. وتقول الشركة إن أصحاب التراخيص قاموا بشحن أكثر من 500 مليون من هذه المراكز.

من بين الرسومات المرخصة ، أكبر منافس Imagination هو ARM ، الذي يقدم وحدات معالجة الرسومات GP في مالي (وحدات معالجة الرسومات). تقول ARM أن لديها الآن 75 مرخصًا لهذا الغرض وتتوقع أن يتم شحن 240 مليون معالج مع هذه التقنية في عام 2013. على وجه الخصوص ، أعلنت الشركة عن كيفية استخدام هذا الجمع في أشياء مثل حوسبة GPU ، وإظهار التصوير الحسابي ، واكتشاف الوجه ، والألعاب في الوقت الحقيقي.

داخل عائلة مالي ، هناك العديد من الدرجات ، بما في ذلك Mali-400 و -450 عائلة تهدف في الغالب إلى الهواتف الذكية في السوق الشامل والأسرة Mali-T600 التي تهدف إلى أقصى حد.

من بين الشركات التي تستخدم مالي النوى Samsung Electronics و Leadcore و MediaTek و Spreadtrum و ST-Ericsson و AllWinner و Rockchip. إذا لاحظت بعض التداخل مع قائمة الخيال ، فذلك لأن بعض الشركات تستخدم رسومات مختلفة في معالجات مختلفة.

ولكن ربما يكون أكبر المنافسين لنوى الرسومات المرخصة هي الرسومات الفريدة التي يدمجها العديد من صانعي معالج التطبيقات. من المحتمل أن تكون كوالكوم هي الأكثر نجاحًا ، حيث تستخدم رسومات Adreno الخاصة بها على نطاق واسع في عائلة المعالجات Snapdragon الخاصة بها. ويأتي ذلك أيضًا بنكهات مختلفة ، اعتمادًا على السوق الذي تهدف إليه الشريحة. من المحتمل أن يكون Nvidia أكثر من غيره في استخدام الرسومات كمفرق ، والحديث عن رسومات GeForce الخاصة به وكيف أخذ تراث ألعاب الكمبيوتر الخاص به وتطبيقه على معالجات الأجهزة المحمولة. تمتلك Broadcom أيضًا تقنية الوسائط المتعددة الخاصة بها ، والمعروفة باسم VideoCore.

سأغطي موردي الرقائق المعينين أكثر في مشاركتي التالية.