Qualcomm Snapdragon 801, 805, 808 a 810
Americká spoločnosť Qualcomm je najväčším dodávateľom SOC pre smartfóny na svete. Kým Apple a Samsung produkujú SOC výhradne alebo aspoň predovšetkým pre vlastné smartfóny a tablety, Qualcomm svoje výrobky len predáva výrobcom koncových zaradení.
Jeho najznámejšou rodinou produktov sú SOC Snapdragon, ktoré vyrába v rôznych výkonnostných variantoch. Nízke triedy SOC určené pre lacné zariadenia sú označované číslom 200 a 400, strednú triedu reprezentuje séria 600 a najvyššiu radu tvorí séria 800.
Qualcomm si podobne ako Apple navrhuje vo väčšine prípadov svoje vlastné jadrá procesorov, ktoré nazýva Krait. Súčasné SOC sú postavené na inštrukčných súpravách ARMv7 (32-bit) a ARMv8 (64-bit), pre ktoré má zakúpenú licenciu od ARM Holdings.
Na rozdiel od Applu a Samsungu, ktoré integrujú do SOC cudzie GPU riešenia, Qualcomm si vyvíja vlastné grafické jadrá nazvané Adreno. Zaujímavosťou je, že tieto jadrá pôvodne vyvinula spoločnosť ATI Technologies pod menom Imageon. V roku 2006 však ATI prešlo do vlastníctva spoločnosti AMD a to najmä vďaka ich výkonným grafickým riešeniam Radeon. Mobilná grafická časť v podobe produktov a vývoja jadier Imageon prešla do vlastníctva Qualcommu.
Špičkové smartfóny súčasnosti ako HTC One M8, LG G3 či Sony Xperia Z3 používajú Snapdragon 801. Toto SOC je len miernou revíziou staršieho Snapdragonu 800, kde zlepšenie 28 nm výroby TSMC umožnilo navýšenie frekvencií CPU a GPU časti. Základom Snapdragonu 800/801 je štvorica procesorových jadier Krait 400. Architektonicky sa ponášajú na referenčné jadrá ARM Cortex-A15, ktoré používa Samsung vo svojich Exynos 5 Octa, avšak Qualcomm uplatňuje množstvo vlastných úprav a zlepšení.
Snapdragon 801 existuje v niekoľkých mierne odlišných modeloch a stretnúť sa tak dá s maximálnou frekvenciou jadier Krait 400 v rozsahu 2,26 – 2,45 GHz. Procesorový výkon Snapdragon 801 je na úrovni Apple A7, Samsung Exynos 5 Octa (5420) či Nvidia Tegra 4 a začiatkom minulého roka patril teda k tomu najlepšiemu na trhu. V priebehu roka 2014 však štafetu prebrali Apple A8, Exynos 7 Octa a Snapdragon 805.
Rez SOC Qualcomm Snapdragon 800 (Autor: Chipworks)
Nástupca modelov 800/801, Snapdragon 805, sa začal na zariadeniach objavovať koncom minulého roku, pričom ide napríklad o LG G3 vo verzii Cat.6. Prednosť mu dáva v mnohých prípadoch aj Samsung a toto SOC nájdeme v Galaxy Note Edge vo verzii LTE+, Galaxy S5 vo verzii LTE-A (juhokórejský trh), či Galaxy Note 4 vo verzii LTE. Snapdragon 805 obsahuje vylepšené procesorové jadrá Krait 450, ktoré ženú svoju frekvenciu až na 2,7 GHz. Stále však ide o 32-bitový procesor založený na inštrukčnej súprave ARMv7-A (28 nm).
Grafická časť Snadragonu 800 a 801 je tvorená procesorom Adreno 330 s ôsmimi texturovacími jednotkami, ktorý pracuje na maximálnej frekvencii 450, respektíve 578 MHz pri Snapdragone 801. Ide tak o výkonový ekvivalent PowerVR G6430 v Apple A7. Snapdragon 805 sa posúva o skok ďalej a používa nové o 40 % výkonnejšie Adreno 420. Toto GPU plne podporuje DirectX 11.1 a teda aj teseláciu. Ide o výkonový ekvivalent Mali-T760 MP6 (Exynos 7 Octa) a PowerVR GX6450 (Apple A8).
Zraky sa dnes upierajú na tohtoročný 20 nm, 64-bitový (ARMv8-A) Snapdragon 808 a predovšetkým na najvýkonnejší Snapdragon 810. Qualcomm sa pri nich odklonil od vlastnej mikroarchitektúry CPU jadier Krait a dal prednosť referenčným riešeniam od ARM v podobe štyroch jadier Cortex-A57 a štyroch Cortex-A53. Ide teda o heterogénne riešenie big.LITTLE. Na výkonnejšej verzii 810 bude maximálna frekvencia 2,8 GHZ, na pomalšom Snapdragone 808 len 2 GHz.
Kým Snapdragon 808 dostal 600 MHz GPU Adreno 418, ktoré neprekoná GPU, ktoré nájdeme v Snapdragone 805, tak Snapdragon 810 sa pýši značne výkonnejším model v podobe 650 MHz Adreno 430. Navyše, zatiaľ čo SOC Snapdragon 808 zostal u starej známej operačnej pamäte LPDDR3, Snapdragon 810 sa predstavil s LPDDR4. Snapdragon 810 je osadený v smartfóne LG G Flex 2, ktorý sa začne predávať na budúci mesiac (viac v našom videu).
Rez čipom Snapdragon 810 z prezentácie Qualcommu
Nvidia a jej Tegra K1 a X1
Nvidia je známym americkým výrobcom výkonných herných grafických čipov GeForce a takisto profesionálnych grafických riešení Tesla. Kým v týchto oboroch hrá prvé husle, na poli výrobcov SOC pre mobilné zariadenia je prakticky trpaslíkom. Jej SOC sa však rozhodne ignorovať nedajú, pretože v mnohých ohľadoch patria k najvýkonnejším riešeniam na trhu.
Nvidia svoje SOC označuje menom Tegra, pričom prvá generácia sa vo finálnych produktoch objavila v roku 2009 (šlo najmä o MP4 prehrávač Microsoft Zune HD a smartfón Samsung M1). V priebehu roku 2012 zaujala tretia generácia Tegry získaním pozície v palubnom systéme automobilov Audi, pričom tieto SOC sa od roku 2013 začali objavovať v drvivej väčšine vozidiel tejto automobilky.
Celková situácia Tegry na poli smartfónov a tabletov je však neradostná a aj keď sa za posledné roky objavili tieto SOC v niekoľkých desiatkach produktov, o trhovom podiele Qualcommu, Apple a Samsungu sa im môže len snívať. Výkon SOC v mobilnom svete nie je všetko a keďže samotná Nvidia v tomto segmente veľa vlastných koncových zariadení nemá (výnimkou je predovšetkým tablet Nvidia Shield), musí zaujať iných výrobcov smartfónov a tabletov spotrebou a najmä nákupnou cenou.
Súčasná piata generácia Tegry, označovaná ako Tegra K1, sa nachádza na trhu v dvoch značne odlišných verziách. Prvou je 32-bitový variant T124, ktorý obsahuje štvoricu referenčných procesorových jadier ARM Cortex-A15 (ARMv7) pracujúcich na maximálnej frekvencii 2,3 GHz. Tento model sa objavil v prevej polovici minulého roku. Nový a výkonnejší druhý model, ktorý nesie označenie T132, sa objavil v novembri 2014. Je založený na 64-bitovej inštrukčnej súprave ARMv8, pričom obsahuje dvojicu procesorových jadier Denver (2,5 GHz), ktoré si Nvidia už navrhla sama. Tento variant Tegry K1 sa objavil v tablete Google Nexus 9.
V oboch prípadoch Nvidia do tohto SOC osádza svoje vlastné grafické riešenie GK20A založené na mikroarchitektúre Kepler. Tá je známa z populárnych čipov GeForce pre notebooky a desktopy, pričom bola používaná v sériách GeForce 600, 700 a na notebookoch aj v sérii 800M. Veľmi pekný rez čipom jasne ukazuje, ako je GPU GK20A enormné. Štyri veľké zlatisté štvorce sú CPU jadrá ARM Cortex-A15, zelené more nad nimi pozostáva zo 192 grafických jadier CUDA. GPU časť pracuje na maximálnej frekvencii 950 MHz, pričom dodáva výkon približne na úrovni notebookových grafických riešení GeForce GT 730M a 740M. Necháva tak jasne za sebou Qualcomm Adreno 420 (Snapdragon 805), PowerVR GX6450 (Apple A8) aj Mali-T760 MP6 (Exynos 7 Octa).
Rez čipom SOC Nvidia Tegra K1, model T124 (Autor: Nvidia)
Kým Tegra K1 je vyrábaná 28 nm procesom, nová Tegra X1, ktorú Nvidia oficiálne predstavila na tohtoročnom CES v Las Vegas, prechádza na 20 nm (v oboch prípadoch je SOC vyrábané vo fabrikách TSMC). Prvý produkt s týmto SOC by sa mohol objaviť už v marci, pričom by to mala byť druhá generácia tabletu Nvidia Shield.
Tegra X1 na 20 nm vyštartuje s big.LITTLE architektúrou v podobe štyroch procesorových jadier ARM Cortex-A57 a štyroch Cortex-A53. Nepoužije svoje jadrá Denver, pričom dôvodom môže byť náročnejší prechod na menší výrobný proces. Denver jadrá by sa tak mohli objaviť v druhej verzii X1, podobne ako k tomu došlo pri Tegre K1 a jej modeloch T124 a T132.
Grafická časť dostane poriadnu injekciu výkonu, nakoľko ju bude tvoriť mikroarchitektúra Maxvell z aktuálnych GPU GeForce. S tým samozrejme súvisí podpora DirectX 12 a OpenGL 4.5. Počet grafických jadier CUDA sa oproti Tegra K1 zväčšil zo 192 na 256. Zdvojnásobil sa počet textúrovacích jednotiek (TMU) z 8 na 16 a namiesto 4 renderovacích jednotiek (ROP) ich nájdeme v Tegre X1 celkom 16.
Zatiaľ čo Kepler bol navrhovaný najmä na desktopové použitie a dodatočne upravený na mobilné, nový Maxvell už bol vyvíjaný s prihliadnutím na mobilnú sféru už od začiatku. Krokom vpred je aj prechod od LPDDR3 operačných pamätí k LPDDR4. Pamäť však podobne, ako v prípade Tegra K1, nie je súčasťou SOC a je riešená samostatným čipom na základnej doske.
Rez čipom Nvidia Tegra X1 (Autor: Nvidia)
Intel a jeho útok s Atomom
Intel poznáme predovšetkým ako neohrozeného procesorového kráľa na poli notebookov, desktopov aj serverov. S nástupom popularity smartfónov a tabletov by ale rád x86 architektúru presadil aj v tomto segmente trhu a vďaka svojej vývojárskej aj finančnej sile si môže dovoliť frontálny útok. Kým v roku 2012 mal zastúpenie v jednom milióne produktov, v roku 2013 to bolo už 12 miliónoch a v roku 2014 naplnil stanovenú kvótu 40 miliónov SOC pre tablety.
Predchádzajúce ignorovanie tohto segmentu, ktorý historicky patril vždy AMR architektúram, si ale vyberá krutú daň. Intel na prienik utráca obrovské sumy peňazí a jeho mobilná a komunikačná divízia, ktorá má na starosti čipy pre smarfóny a tablety, v priebehu minulého roka vykázala stratu viac ako tri miliardy dolárov. Presvedčiť výrobcov tabletov a smartfónov aby dali prednosť inštrukčným súpravám x86, si vyžadovalo atraktívne nákupné ceny a takisto aktívnu pomoc s nákladmi, ktoré vyplývali so zmenou platforiem.
Tablet Dell Venue 11 s SOC Intel Atom Z3795 Bay Trail
V súčasnosti má Intel na trhu predovšetkým SOC Atom s 22 nm mikroarchitektúrou Silvermont, ktoré sa delia na niekoľko rodín. Rodiny Merrifield a Moorefield sú určené pre SOC do smartfónov, rodina Bay-Trail je najmä pre tablety a hybridné zariadenia, rodina Avoton pre mikroservery i NAS a rodina Rangeley pre rôzne sieťové zaradenia. Výsledkom je teda obrovský zástup rôznych modelov.
Typickým modelom je napríklad SOC Atom Z3770 so štyrmi jadrami mikroarchitektúry Silvermont, pracujúcimi na základnej frekvencii 1,46 GHz (2,39 GHz prostredníctvom technológie Intel burst). Spoločnosť im robí grafické jadro Intel HD Graphics siedmej generácie, ktoré sa po prvýkrát objavilo na procesoroch Ivy Bridge. Oproti „veľkým“ čipom má však značne znížené frekvencie. Výkon SOC nie je nijak zázračný z hľadiska CPU (mierne výkonnejší než Snapdragon 800) ani GPU (mierne výkonnejší než Adreno 320). Toto SOC sa objavilo v tabletoch HP Omni 10, Dell Venue 11 Pro či Fujitsu Stylistic Q584.
22 nm SOC Intel Atom (Bay Trail)
Z novšieho súdka je Atom Z3580, ktorý sa sa objavil v januárovom tablete Nokia N1. Štvorica jadier Silvermont s maximálnou frekvenciou 2,33 GHz už koketuje s výkonom Tegry K1. Grafickú časť SOC nezabezpečuje riešenie Intelu, ale Imagination Technologies. Konkrétne ide o PowerVR G6430, ktoré sa nachádzalo napríklad aj na SOC Apple A7. GPU od tejto spoločnosti používa Intel v Atomoch už mnoho rokov, postupne od nich ale čoraz viac upúšťa vďaka zlepšovaniu vlastných grafických riešení.
V súčasnosti sa už zrak upriamuje na mikroarchitektúru Airmont, čo je 14 nm zmenšenina 22 nm Silvermontu (známa Tic-Toc stratégia). Intel značne prehodnotil svoje postoje a kým v minulosti boli kapacity liniek na novom výrobnom procese poskytnuté najmä veľkým Core čipom (na ktorých má veľkú maržu) a SOC Atom sa dostalo na rad až neskôr, po novom už na druhú koľaj nebude odsúvané. Nová rodina produktov Cherry Trail, ktorá nahradí tabletovú rodinu Bay Trail, sa začala dostávať k odberateľom na začiatku tohto roku. Prvé finálne produkty môžeme teda očakávať za dva či tri mesiace (tento čip mal v sebe zabudovaný aj prototyp okuliarov Hololens od Microsoftu, ktoré boli verejnosti prvýkrát predvedené na konci januára). CPU jadrá by mali pracovať na maximálnej frekvencii 2,7 GHz, pričom o grafickú stránku by sa mala starať odvodenina ôsmej generácia GPU Intelu (dostupná pre Broadwell).
Nové 14 nm SOC Intel Atom (Cherry Trail)
Zatiaľ nie je jasné, kedy presne príde 14 nm rodina Broxton pre smartfóny, ktorá nahradí rodiny Morganfield a Willow Trail. Tá by už totiž nemala stavať na zmenšenom Silvermonte v podobe Airmontu, ale na celkom novej mikroarchitektúre Goldmont. Grafickým párom by mu mala byť teda 9 generácia GPU Intelu pripravovaná pre veľké procesory Skylake.
Kto je teda ozajstným kráľom?
Jednotlivé SOC rôznych výrobcov sú často značne odlišné a nie každý útočí na najvyššie méty výkonu. Objavujú sa takisto významné odlišnosti z hľadiska inštrukčnej súpravy (ARM, x86), riešenia GPU častí a konceptu práce procesorových jadier. Typickým príkladom sú napríklad osemjadrové procesory používajúce architektúru big.LITTLE, ktorá pri podrobnejšom pohľade ukáže, že skutočne nejde o osemjadrové CPU v podobe, ako si ho dávame do súvislosti s x86 procesormi Intelu či AMD.
Zákazníci bezpochyby vítajú výkonnejšie riešenia, avšak výkon nie je všetko, čo dobre ukazuje prípad Nvidie a jej SOC Tegra. Jej GPU časť pokorí výkonom všetku relevantnú konkurenciu a CPU časť takisto patrí k špičke, avšak nemenej dôležitá je aj spotreba a takisto koncová cena celého čipu. Vzhľadom na mizivé trhové zastúpenie tak Nvidii trón rozhodne nepatrí.
Za kráľa sa v tomto segmente zatiaľ nedá považovať ani Intel. Aj keď sa mu darí získavať výrazný podiel na trhu značnými investíciami, jeho SOC ešte nepatria k najlepším na trhu. Zmenu očakávame s 14 nm modelmi, pričom sa dá predpokladať, že relevantnosť Intelu bude na smartfónoch a tabletoch značne narastať najmä v súvislosti s Microisoft Windows 10. To je však ešte len hudbou budúcnosti.
Samsung má so svojimi SOC na trhu o niečo menší podiel, ako taiwanský MediaTek. Na rozdiel od neho sa ale môže pochváliť čipmi, ktoré patria medzi špičku a objavujú sa vo významných produktoch. Samsung pri tom vo svojich fabrikách vyrába SOC aj iných spoločností a so skorým nábehom na masovú 14 nm výrobu, ktorá sa naštartovala tento týždeň, sa dá očakávať, že preberie množstvo zákazníkov TSMC. Keďže ale jeho SOC nestoja na úplnom vrchole z hľadiska výkonu ani predaja, korunka kráľa sa mu nehodí.
Naproti tomu Apple, ktoré svoje SOC používa len vo svojich produktoch, má vďaka obrovskému počtu predajov iPadov a iPhonov veľmi veľký trhový podiel aj z hľadiska svetovej produkcie. Prednosťou jeho SOC je používanie vlastného návrhu CPU jadier a osadzovanie výkonných grafických častí. Výsledné SOC patrí vždy k špičke a Apple je tak skutočným kandidátom na korunováciu. V ceste mu však stojí Qualcomm.
Qualcomm sa dá skutočne považovať za kráľa mobilných SOC. Jeho Snapdragony nájdeme v rozsiahlej ponuke smartfónov aj tabletov v rôznych cenových hladinách. Zo všetkých spoločností pôsobiacich na tomto trhu má najväčší trhový podiel, pričom jeho SOC patria vždy k špičke. Často používa vlastné návrhy jadier a má aj vlastné a výkonné grafické riešenie. Vo výsledku tak kombinuje v mnohých ohľadoch silné stránky SOC od Applu, Nvidie či Samsungu.
Situácia sa na tomto trhu sa však rýchlo mení a s novými produktmi môže byť na konci tohto roku alebo v priebehu toho nasledujúceho všetko inak. Dnes je však Qualcomm rozhodne kráľom.
