Смартфоны и планшеты на процессорах с Cortex A15: в чем преимущества?

Snapdragon S4 от Qualcomm — первый процессор, который основан на архитектуре А15 и используется в новом HTC One S. Во втором полугодии ожидается выход OMAP 5 от Texas Instruments и Exynos 5250 от Samsung. Компания NVIDIA намерена использовать архитектуру А15 в своем новом процессоре Tegra 4, который появится не ранее 2013 года, а компания Apple — в чипе А6, которым будут оснащаться новые модели iPad.

Задержки при управлении устройством досаждают даже владельцам современных планшетов и смартфонов на базе Андроид, независимо от того, используется ли третья или четвертая версия ОС. Речь идет о массовом феномене, так как в каждом устройстве работает мобильный процессор фирмы ARM, которая является монополистом в этой области. Все крупные производители чипов, начиная с Apple или NVIDIA и заканчивая Samsung, лицензируют разработки ARM для использования их в качестве основы при производстве своих процессоров. Последние два года CPU работали на Cortex A9, и архитектура ядер не менялась — увеличивалось только их количество в чипе.

Для удовлетворения возросших потребностей компания ARM разработала новую архитектуру, которая нашла свое отражение в Cortex A15. В будущем большинство производителей станут использовать Cortex A15 в качестве основы для своих чипов. В архитектуре А15 компанией ARM были устранены некоторые ограничения, присущие А9. Например, «дрожание» изображения при воспроизведении видео уже в прошлом, так как блок операций с плавающей запятой является частью вычислительного конвейера А15. В А9 эта возможность опциональна, и производители могли отказаться от ее использования, что и сделала NVIDIA при создании Tegra 2 — процессора для планшетов. Следствием этого стало упомянутое «дрожание» картинки.

Улучшенный конвейер

Вычислительный конвейер — это «сердце» любой архитектуры процессора. Он определяет то, какое количество различных операций способен выполнить CPU за один такт. Вычислительный конвейер А15 имеет максимум 24 уровня, А9 — не более 12. На каждом уровне процессор способен выполнить за один такт одну операцию. Увеличение длины вполне оправданно, так как А15 рассчитан на более высокие тактовые частоты (до 2,5 ГГц), и это означает, что CPU будет быстрее выполнять операции. Увеличение производительности оказалось возможным благодаря переходу с 40-нанометрового техпроцесса на 28-нанометровый. Поскольку конструктивные размеры уменьшились, производители смогли повысить тактовую частоту, сохранив прежний уровень тепловыделения.

Если требуется, чтобы процессор эффективно производил операции на длинном вычислительном конвейере, необходимо загрузить его по возможности большим количеством команд. Вычислительный конвейер Cortex A15 предусматривает минимум 15 уровней. Это означает, что полная загрузка будет обеспечена в том случае, если за такт будет выполняться 15 различных команд, каждая из которых станет использовать свой уровень конвейера. Для достижения данной возможности помимо увеличения длины конвейера было предпринято его «расширение» до восьми различных вычислительных операций. А9 обходится лишь четырьмя операциями.

A15 разрабатывался ARM как мощный процессор для мобильных устройств. Он потребляет такое же количество энергии, как и А9, выполненный по 40-нанометровому техпроцессу. Для экономии компания ARM рекомендует использование принципа big.LITTLE, при котором мощный двухъядерный А15 функционирует в паре с менее производительным CPU. При этом А15 выполняет только задачи, требующие высокой вычислительной мощности, а в остальных случаях отключается. Это увеличивает время автономной работы.

Улучшенный конвейер A15

  CPU для ноутбуков и серверов

Производительности Cortex A15 с его тактовой частотой в 2,5 ГГц будет хватать не только для  смартфонов и планшетов. Он обладает вполне достаточным потенциалом для использования в ноутбуках, хотя и не дотягивает до уровня мобильных процессоров Sandy Bridge. Зато он потребляет намного меньше энергии — от 0,6 до 1 Вт на ядро. Ноутбук на базе А15 смог бы  продержаться столько же, сколько и планшет, а также на несколько часов дольше, чем соответствующее устройство на базе процессора AMD или Intel.

Отдельные ядра CPU А15 можно объединить. Ширина шины в сравнении с А9 увеличилась с 64 до 128 бит, что гарантирует высокую скорость обмена данными между ядрами. Как и 32-битная Windows, A9 может использовать максимум 4 Гбайт оперативной памяти. Cortex A15 совместим с адресами длиной до 40 бит, что соответствует 1 Тбайт оперативной памяти. Этого достаточно для микросерверов, не говоря уже о ноутбуках.

Cortex A9 против Cortex A15