Video: Chip Manufacturing - How are Microchips made? | Infineon (September 2024)
Även om du kan hävda att marknaden för stationära och bärbara processorer har blivit ganska begränsad och förutsägbar nyligen, är marknaden för applikationsprocessorer för mobiltelefoner och surfplattor en extremt livlig marknad med mer än ett dussin konkurrenter. Dessa processorer rör sig ganska snabbt och förra årets stora nya funktion - fyrkärniga applikationsprocessorer - blir vanligt i år.
Jag har följt var processorerna ska och hur de ska utvecklas under det kommande året. I de kommande inläggen ska jag skriva om de specifika processorerna, men låt oss börja med att titta på komponenterna som går in i chips.
De grundläggande byggstenarna
Alla mobila processorer inkluderar både CPU-kärnor och grafikkärnor; de flesta innehåller vissa anslutningsfunktioner och / eller basbandshårdvara för anslutning till ett mobilnätverk. (Även då kräver vanligtvis telefoner ett separat RF-chip för anslutningar, plus ett separat anslutningschip för saker som Wi-Fi och Bluetooth.)
En anledning till att det finns så mycket konkurrens i mobilutrymmet är att de allra flesta processorer för telefoner och surfplattor bygger på någon iteration av ARM-arkitekturen, antingen med hjälp av kärnor som ARM Holdings själv designer, eller anpassade kärnor som har byggts med en "arkitektonisk licens", inklusive Qualcomm (med sin "Krait" -kärna) och Apple i mobilutrymmet.
Naturligtvis finns det konkurrerande arkitekturer. Intel försöker driva x86-arkitekturen som har varit så populär i stationära och anteckningsböcker och Imagination Technologies har också sin nyligen förvärvade MIPS-arkitektur (mer om det senare). Ändå dominerar ARM verkligen marknaden för mobila CPU-kärnor.
Grafik är något mer mångsidig. Den mest kända tredjepartsleverantören av grafisk IP är Imagination Technologies. Dess Power VR-familj används i en mängd olika processorer, inklusive de från Intel och Apple. ARM har tävlat med sin Mali-familj av grafikkärnor och ett antal chipmakare skapar sin egen grafik, inklusive Qualcomm med sin Adreno-grafik och Nvidia med sin GeForce-grafik.
ARM-kärnor överallt
ARM tillverkar faktiskt ett antal olika kärnor, allt från små små kärnor som används i alla slags enheter till Cortex-serien som vanligtvis ses i mobila processorer. Även här finns det en mängd olika alternativ, allt från Cortex-A9 (används i de flesta av dagens telefoner) till den nya kraftfullare Cortex-A15 och den lilla, krafteffektiva Cortex-A7.
Cortex-A9 har varit hjärtat i de flesta tredjeparts applikationskärnor under de senaste åren, men i år flyttar många av applikationsprocessortillverkarna till ny design. Många är baserade på Cortex-A15, som var designad för högre prestanda, och / eller Cortex-A7, som var utformad för att använda mindre kraft. A15 har ett 40-bitars fysiskt adressutrymme, även om enskilda trådar bara kan komma åt 32-bitars, och den erbjuder en ny arkitektur som borde vara mer kraftfull. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson och Texas Instruments har alla meddelat planer för processorer som använder denna kärna.
Cortex-A7 är intressant, eftersom den var utformad för att använda betydligt mindre kraft och vara betydligt mindre än Cortex-A9. Som ni ser i diagrammet ovan kan en 28 nm implementering av Cortex-A7 vara liten - mindre än en halv kvadrat millimeter - och bara använda ungefär en tredjedel av kraften i en 40 nm Cortex-A9. Även om den kan variera lite efter implementering, förväntas i allmänhet varje A7-kärna använda mindre än 100 milliwatt effekt, jämfört med en topp till 200 till 300 milliwatt för en A9, och upp till 500 milliwatt för en A15.
Men ARM: s största tryck är för vad den kallar en stor.LITTLE-arkitektur, som parar A7 och A15. I en sådan design kan ett chip ha flera kärnor i varje arkitektur, med kärnorna med lägre effekt som körs för det mesta och chipet byter till kärnorna med högre effekt när det behöver ytterligare prestanda, kanske medan du kör en komplex beräkning inuti ett spel, eller till och med komplicerat JavaScript på en webbsida.
För närvarande tillkännagivna licenstagare av den kombinerade arkitekturen inkluderar CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile och Samsung Electronics. Det första tillkännagivandet av detta var Samsungs Exynos 5 Octa men andra leverantörer som Renesas verkar ligga nära. På utställningen demonstrerade ARM hur den stora.LITTLE-kombinationen kan spara energi.
A15 och A7 kommer att följas av Cortex-A57 och A53, som också kommer att förenas i ett stort.LITTLE-schema, med låg effekt A53 som körs mestadels, men A57 finns tillgänglig när mer kraft behövs. Även om dessa båda är 64-bitars kapabla processorer, kommer de initialt att köra med 32-bitars operativsystem, som inte kan adressera mer än 4 GB, gränsen för 32-bitars processorer under de flesta omständigheter. (Dessa kärnor kommer också att hitta vägen in i processorer som är inriktade på servermarknaden, där större minne är nödvändigt.)
Men vi ser inte bara en strategi. Det verkar som om varje processorförsäljare har ett annat tillvägagångssätt för sina avancerade processorer. Samsung och Renesas erbjuder fyra A15 och fyra A7. Nvidia driver fyra A15: s med full effekt plus en lågeffektkärna. MediaTek och andra använder helt enkelt fyra A7: er. ST-Ericsson marknadsför A9-kärnor men snabbare.
Och så finns det de företag som har "arkitektoniska licenser." Dessa tillåter i huvudsak företagen att skapa kärnor som har unika funktioner, men som fortfarande är kompatibla med ARM-arkitekturen. Den arkitekturen - i själva verket instruktionsuppsättningen - har haft flera variationer i sig, med A9, A7 och A15 som alla använder det som kallas ARMv7. De kommande A53 och A57 använder en nyare variation som stöder 64-bitars dator, känd som ARMv8.
Många företag har arkitektoniska licenser. Kanske är den mest kända Qualcomm, som använder sin "Krait" -kärna i de flesta av sina nuvarande processorer (även om de använder A7: er i låg slutet). Krait är en ARMv7-kompatibel kärna. Marvell designer sina egna kärnor i sin Armada-serie av processorer. Apple avslöjar inte de flesta detaljer om sina processorer men tros ha utformat sina egna kärnor för sina A6- och A6X-processorer för iPhone och iPad. De första processorkärnorna som är ARMv8-kompatibla finns troligen i serverchips som AppliedMicro X-Gene, men det är troligt att många av de andra företagen som tillverkar ARM-kompatibla kärnor kommer att följa efter. Till exempel har Nvidia meddelat planer på att skapa en egen kärna som heter "Project Denver" för en mobil processor som kommer ut 2015.
Alternativet x86 och MIPS
Medan ARM-arkitekturen dominerar mobiltelefoner och surfplattor finns det alternativ. Intel har gjort mest buller på senare tid med en serie produkter och en färdplan för sin Atom-familj riktad mot mobila enheter. Företaget visade upp en ny processor riktad mot den låga änden av smarttelefonmarknaden kallad Z2420 (kodnamn Lexington) på CES i januari, och på Mobile World Congress avslöjade Clover Trail + -plattformen, ledd av dual-core / four- tråd Atom Z2580, kör upp till 2GHz.
Medan företaget har visat Atom-baserade telefoner under en längre tid, är det bara det senaste året som sådana telefoner verkligen fick det att marknadsföra. Intel säger att det nu har tio modeller av mobiltelefoner baserat på sitt Atom-chip i mer än 20 länder och har visat sådana funktioner som HDR-kamerastöd utan rörelseoskar. Intels nuvarande Atom-processorer är tillverkade på 32nm-teknik, men företaget har planerat att flytta till den 22nm FinFET-tekniken som den använder i sina Core-processorer runt slutet av året. Naturligtvis har Intel länge dominerat notebook-segmentet och gjort några framsteg med Atom- och Core-baserade surfplattor och konvertibler också i år. Jag kommer att diskutera detaljerna när jag kommer till de enskilda processortillverkarna i nästa inlägg.
Intels traditionella rival i x86-processorer, AMD, var också på Mobile World Congress och visade Temash, dess kommande processor riktad mot Windows-tabletter och hybrider. Detta kommer att finnas i både dual-core och quad-core version, och AMD visade demonstrationer av hur det överträffade den befintliga Clover Trail-plattformen. Detta är planerat att vara ute under första halvåret 2013. AMD har ännu inte en telefonplattform.
Den andra CPU-arkitekturen som vi har sett i mobila enheter kommer från MIPS, som nyligen förvärvades av Imagination Technologies. MIPS erbjuder tre nivåer med sin Aptiv-familj av processorkärnor, inklusive Pro-Aptiv-linjen riktad mot applikationsprocessorer. Föreställningstjänstemän noterar att MIPS har sålt 64-bitars kärnor i 20 år och säger att företaget har ett mål att leverera 25 procent av alla CPU-kärnor under de kommande fyra till fem åren. För närvarande går huvuddelen av MIPS-processorer till marknader som nätverk, infrastruktur och set-top-boxar, men Ingenic gör en processor för mobila enheter och företaget förväntar sig att se mer tonvikt på det området. MIPS tillkännagav nyligen en ny version av arkitekturen, kallad V5, och räknar med att se de första chips senare i år.
Grafik: Överraskande tävling
Om ARM dominerar i mobilapplikationskärnor har Imagination Technologies dominerat i mobila grafikkärnor, även om det har stått inför ökad konkurrens.
Fantasi idag representeras mestadels genom sin PowerVR-serie 5, inklusive dess 5XT-förlängning som lägger till vissa funktioner som möjliggör OpenGL ES 3.0-funktioner. High-end idag är SGX 544MP4 - "4" indikerar antalet grafikkärnor. Många företag stöder Imagination-grafik, inklusive Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner och Texas Instruments. Även om Apple i allmänhet inte bekräftar det, har den nuvarande iPads A6X-processor fyrkärnig PowerVR SGX 554MP4-grafik. (Fantasi visade detta vid sin monter vid Mobile World Congress.) Företaget bekräftade senare att Samsung Exynos 5410 Octa också använder den grafiken.
Framöver marknadsför företaget PowerVR-serien 6, som naturligt kommer att stödja DirectX 10 och Open GL ES 3.0. Detta kommer att erbjudas med mellan en och sex kluster av grafik, från G6100 till topp-6666. Imagination säger att den har 10 licensinnehavare för VR6-grafik.
Imagination driver också en separat grafikfunktion i form av sina PowerVR-videokärnor, som inkluderar videodekodning och kodning. Företaget säger att dess licensinnehavare har levererat mer än 500 miljoner av dessa kärnor.
Bland licensierbar grafik är Imaginations största konkurrent ARM, som erbjuder sina Mali GPU-kärnor (grafikbearbetningsenheter). ARM säger att det nu har 75 licensinnehavare för detta och förväntar sig att 240 miljoner processorer kommer att levereras med denna teknik 2013. I synnerhet trumpat företaget hur kombinationen kan användas för saker som GPU-dator, demonstrerar beräkningsfotografering, ansiktsdetektering, och spel i realtid.
Inom Mali-familjen finns det flera graderingar, däribland familjerna Mali-400 och -450 som främst syftar till massmarknadssmartphones och familjen Mali-T600 som riktar sig mer till high end.
Bland de företag som använder Mali-kärnor är Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner och Rockchip. Om du märker överlappning med Imagination-listan beror det på att vissa företag använder olika grafik i olika processorer.
Men kanske de största konkurrenterna till licensierbara grafikkärnor är den unika grafiken som många tillverkare av applikationsprocessorer har. Qualcomm har förmodligen varit den mest framgångsrika och använder sin Adreno-grafik i stor utsträckning i sin Snapdragon-processorfamilj. Detta kommer också i olika smaker, beroende på vilken marknad chipet är avsett för. Nvidia har förmodligen gjort det mest med att använda grafik som en differentierare, prata om sin GeForce-grafik och hur den har tagit sitt PC-spelarv och använt detta på mobila processorer. Broadcom har också sin egen multimedia-teknik, känd som VideoCore.
Jag täcker de specifika chipleverantörerna mer i mitt nästa inlägg.
