ARM en 2014 y más allá - el futuro de la tecnología móvil

A menudo temas de conversación Hardware giran en torno a lo que los grandes nombres de la fabricación de chips, Qualcomm, Samsung, MediaTek, etc, se están preparando para su nuevo SoC a finales de este año y en 2015, pero el verdadero motor de nuestra tecnología de procesador móvil es ARM. BRAZO's procesador diseña el poder una gran cantidad de dispositivos, desde su Tablet Nexus a Samsung SmartWatch. Para entender mejor donde nuestra querida industria se dirige, vamos a echar un vistazo a lo que ARM ha planeado para nuestros futuros smartphones y vestibles.

Nueva CPU y el paso a 64 bits

Tecnología de CPU móvil ha recorrido un largo camino de lo que una vez alimentado los primeros smartphones de antaño. En estos días, los usuarios demandan una gama diversificada de tareas desde sus dispositivos. Ahí está la multitud entusiasta que están clamando por niveles cada vez más altos de rendimiento, mientras que los niveles de rendimiento de teléfonos inteligentes actuales ya son adecuadas para la gran mayoría de tareas del día a día. Para este último grupo de consumidores, las mejoras en la eficiencia energética y la duración de la batería son más importantes. En la búsqueda de la mejora tanto en rendimiento y eficiencia energética, ARM ya ha desarrollado sus diseños de procesadores de próxima generación para su uso en dispositivos móviles. Ya estamos anticipando los primeros teléfonos inteligentes Android que hacen uso de ARM del más reciente 64-bit ARMv8 arquitectura, y la corteza A53 y A57 núcleos de CPU. Para un resumen, esto es lo que podemos esperar de los nuevos núcleos de procesadores de ARM, que se espera que llegue a los dispositivos a finales de este año. Nuevos núcleos de procesadores de ARM llegan con actualizado ARMv8-Una arquitectura de la empresa, que mantiene la compatibilidad con el prevalente de 32 bits arquitectura ARMv7. ARMv8 viene con dos estados de ejecución, que controlan las anchuras de registros, sistemas de instrucción, etc. En primer lugar, está el AArch32 (A32) y conjuntos de instrucciones T32, que retienen la compatibilidad con el vigente de 32 bits ARMv7-A la arquitectura y el 16/32 -bit estado thumb2 que se utiliza con frecuencia en ARMv7 para disminuir la huella de memoria. Por cierto, el conjunto de instrucciones thumb2 es el mismo utilizado en los procesadores Cortex-M, a menudo se encuentran en los productos portátiles, microcontroladores integrados y dispositivos IO. Sin embargo, debido a algunos cambios realizados en A64 y A32, el software escrito para AArch32 no será compatible con las implementaciones ARMv7-A. El segundo estado es AArch64 (A64), que incluye la tan mentada Además de la ejecución de 64 bits y las instrucciones. A64 es totalmente independiente de AArch32, y hace uso de un formato ligeramente diferente y nuevas tablas de decodificación. A64 también introduce una nueva excepción y modelo de privilegios para los desarrolladores.

En pocas palabras, la introducción de 64 bits se presta a la mejora de la eficiencia en áreas como la multitarea, las pruebas de estrés, y la agrupación, así como la opción de acceder a más de 4 GB de RAM, si así se desea. Ancho de 64 bits también permitirá que el procesador para hacer frente a piezas complejas de la información de una manera más eficiente, que supondrán mejoras de rendimiento para piezas específicas de software, así como algunas mejoras generales de rendimiento. 64 bits llegará en el espacio de Android con el lanzamiento del nuevo hardware y el recientemente anunciado Android L sistema operativo, el cual está programado para aparecer este otoño. Para los desarrolladores, el movimiento a 64 bits le ayudará con la creación de software y desarrollo de juegos más intensivo matemático basado.

La arquitectura ARMv8 también añade en una selección de nuevas extensiones, incluyendo Neon - SIMD motor de 128 bits de ARM, extensiones de cifrado, así como varios otros. Para ayudar en la mudanza a una nueva arquitectura de 64 bits, ARM ya ha actualizado su propio compilador para apoyar ARMv8-A, y también ha presta asistencia a GCC con soporte para su conjunto de AArch64. ARM también ha publicado un conjunto de parches que implementan núcleo de soporte del kernel Linux para AArch64 también, aunque tendremos que esperar y ver qué pasa con Android. ARM también ha estado actualizando sus herramientas de desarrollo para los desarrolladores que deseen hacer uso de sus nuevos núcleos, incluyendo su DS-5 Development Studio. Ok suficiente de la empresa de arquitectura, ¿qué pasa con los procesadores físicos? ¿Qué significa todo esto para los consumidores? A partir de la gama alta Cortex-A57 núcleo, ARM se dirige al consumidor teléfono inteligente más exigente, alguien que esté interesado en la edición de su contenido de medios de comunicación, la multitarea productiva, y los que están después de una experiencia de juego más suave más rico. Además de la nueva arquitectura ARMv8, ARM está cambiando el máximo rendimiento de sus procesadores, una vez más con el procesador Cortex-A57. ARM espera que su nuevo chip podría ofrecer en cualquier lugar de 20 a 55 por ciento más de rendimiento en su procesador Cortex-A15 de alta gama existente diseñado en el mismo nodo de procesamiento. Las ganancias de más rápido rendimiento se verá cuando se ejecuta el núcleo en el modo de 64 bits, pero la operación de 32 bits aún deben ver ganancias de rendimiento en la región de 20 a 30 por ciento. Una vez que sus socios de chips empiezan a avanzar hacia los nodos de producción más pequeñas, sin embargo, ARM espera que el rendimiento podría duplicar su procesador de alineación existente. El otro núcleo de la CPU de la gama es el procesador Cortex-A53, que está diseñado para ser una energía eficiente diseño más para satisfacer las demandas del usuario del smartphone más conservador. En otras palabras, alguien que prefiere la vida de batería adicional, en lugar de un rayo de edición de fotos rápido. 

Comparar el rendimiento del último dispositivo HTC con respecto al primer dispositivo Android, (estamos hablando) 40 veces el rendimiento de la CPU. Para llevar a este crecimiento en el futuro es una tarea muy difícil por cierto.

El Cortex-A53 hace uso de la misma ARMv8-A la arquitectura, pero se apunta como sucesora de la energía eficiente Cortex-A7. ARM sugiere que la A53 consumirá menos energía, mientras que ofrece un rendimiento ligeramente por encima de su procesador A9 existente, que fue la base para buques insignia algo mayores como el de cuatro núcleos Samsung Galaxy S3. ARM está ofreciendo un montón de opciones a sus socios fabricantes SoC, los últimos procesadores de la compañía todavía pueden aprovechar configuraciones Big.little, y puede escalar todo el camino hasta 16 configuraciones básicas para los diseños de servidor. Qualcomm ya ha anunciado que sus Snapdragon 410, 610 y 615 SoC utilizarán de ARM Cortex A53, mientras que su gama alta de 808 y 810 usarán combinaciones Big.little de corteza A53s y A57s para un máximo rendimiento superior. No sólo eso, sino que ARM también ha diseñado sus procesadores con la posibilidad de compartir una memoria caché coherente con las unidades de procesamiento gráfico Mali de ARM, lo que abre el mundo de la computación GPU en los dispositivos móviles.

Malí converge en Midgar

Esto nos lleva a uno de los próximos grandes áreas de enfoque para ARM, procesamiento de gráficos. Con más píxeles siendo empujados a nuestras pantallas y usuarios exigentes vídeo de mayor calidad y contenido de juegos en sus dispositivos móviles, las GPU se convertirán en partes cada vez más importantes de nuestros dispositivos móviles. Estamos seguro que va a necesitar mucha más potencia gráfica para apoyar 2K y 4K pantallas y contenido, y mucho menos ningún potencial de jugar juegos en esas resoluciones. De caliente en esta tendencia ARM demasiado sin embargo, tener anunciado su última gama de GPUs Mali a finales del año pasado. La próxima Malí-T-760, el futuro componente de gráficos emblemáticos de ARM, cuenta con un aumento del 400% en la eficiencia energética en comparación con el Mali-T604, así como un mayor rendimiento sobre la generación anterior y la escalabilidad de hasta 16 núcleos. La gama media T-720, por su parte, ofrece un impulso eficiencia del 150% sobre lo popular Mali-400. Sin embargo, estas GPU no se aparecen en los teléfonos inteligentes hasta 2014. Con sus GPU de última generación, ARM unificará sus diseños de alto rendimiento y de gama media a la única arquitectura Midgard. Midgard está diseñado en torno a varios conceptos emergentes para móviles, incluyendo cómputo GPU, una arquitectura nativa de 64 bits, la latencia de memoria reducida, eficiencia energética y gestión de trabajos, así como el impulso habitual en el funcionamiento máximo. Gama Mali-T700 de ARM de GPUs también apoyará una serie de API de gráficos, incluyendo OpenGL ES 3.1 / 3.0 /2.0 / 1.1, Microsoft Windows Direct3D 11.1, el perfil completo de OpenCL 1.1, y RenderScript / FilterScript.

GPU no sólo están siendo utilizados para el juego de la prestación de estos días. Cómputo GPU está volviendo más común para ciertas tareas, y puede producir hasta cuatro veces el rendimiento en comparación con el uso de la CPU para la misma tarea. Los ejemplos incluyen el procesamiento de imágenes, tratamientos faciales y de reconocimiento de voz, la criptografía, los motores de la física, y la realidad aumentada. Serie Mali-T600 de ARM de GPUs fue el primero en traer de cómputo GPU para la plataforma móvil de ARM mediante el apoyo a OpenCL, y ARM parece creer firmemente que incluso una unión más estrecha entre todos los componentes de un SoC completado desempeñará un papel cada vez más importante en el desarrollo de teléfonos inteligentes En el futuro.

BRAZO Sistemas coherentes (heterogénea Computing)

Si bien es fácil dejarse llevar hablando de velocidades y mejoras de CPU y GPU de reloj, hay mucho más que entra en un chip de sistema completo. Aunque ARM no fabrica ningún SoC sí misma, la empresa se dedica a ayudar a los fabricantes a construir SoC más eficientes. 

En los próximos 2-6 meses estamos llegando a ese punto de transición en el que tenemos desempeño de cómputo suficiente para el día a día las tareas. (En el futuro) es no tanto el rendimiento de la CPU que aumentará, pero las mejoras generales en el propio SoC.

Computación heterogénea parece ser el final del juego para los componentes SoC de próxima generación de ARM. Por la computación heterogénea nos referimos a un sistema completo que puede utilizar varios procesadores a la vez para realizar tareas específicas de manera más eficiente. El siguiente video demuestra esto mejor que puedo explicar. ARM, junto con otros grandes nombres como AMD y Qualcomm, están liderando los miembros de la Fundación Arquitectura del Sistema heterogéneo. Diseños SoC actuales ya tienen todos los componentes necesarios para las tareas especializadas, que ya estamos usando CPUs, DSP y GPU para sus propios beneficios, pero incluso una mayor cooperación entre los procesadores pueden conducir a mayores eficiencias. Se está volviendo evidente que los desarrolladores no pueden seguir tirando velocidades de reloj más altas en la demanda de los consumidores por los siglos de mayor rendimiento. Actualmente estamos severamente limitados por la cantidad de energía de la batería de nuestros dispositivos inteligentes pueden contener. En lugar de ello, los desarrolladores de hardware tendrán que encontrar nuevas formas de exprimir la máxima potencia al tiempo que sus baterías duran tanto como sea posible.

tecnología Big.little es probablemente el ejemplo más demostrable de un tipo de sistema heterogéneo, donde eficientes núcleos de energía, como el Cortex-A7 o A53, se utilizan para tareas menos exigentes y pueden ayudar a mantener el consumo de energía baja, mientras que el cambio en la -trabajo pesado Cortex-A15 o A57 procesadores cuando se necesita el gruñido de procesamiento adicional. Del mismo modo, cómputo GPU pretende tomar la tensión lejos de la CPU si la GPU puede realizar la tarea de manera más eficiente. El Gestor de tareas Midgard, que gestiona la carga de la GPU y el equilibrio de poder, también está diseñado para mantener la GPU corriendo lo más eficientemente posible.

La memoria es también otro problema importante con dispositivos portátiles, aunque a menudo se pasa por alto. Aunque los consumidores pueden ser exigentes 3GB o 4GB de RAM smartphones y memorias internas más grandes, todo esto tiene un gran impacto en la vida de la batería de dispositivos. Lectura y escritura de la memoria ocupa un poco de energía de la batería, por lo tanto, los fabricantes de hardware no quieren incluir más de lo que necesitan. La clave de la computación heterogénea eficiente es una memoria compartida de alto ancho de banda, lo que cumple con los requisitos de bajo consumo de energía de los dispositivos móviles. Caché compartida de ARM entre ARMv8-A CPUs y GPUs Midgard es una posible solución a este problema. Otra es las inversiones del brazo en la compresión de frame buffer con Adaptable Escalable Textura Compresión (ASTC), una compresión sin pérdidas que permite a los desarrolladores utilizar mucha menos memoria al mover datos de gráficos de un lugar a otro. A pesar de que no vas a oír hablar de eso en todas las hojas de especificaciones de teléfonos inteligentes, la tecnología de interconexión CoreLink de ARM es probable que desempeñe un papel crucial en la optimización de los SoC completadas. Proporciona coherencia de caché completa entre dos grupos de CPUs multi-núcleo, incluyendo soporte para la tecnología Big.little, su gama de GPU Mali T-600, y una gama de dispositivos de E / S, incluyendo los componentes de módem y WiFi de suma importancia. El concepto clave, es maximizar la eficiencia de movimiento y almacenamiento de datos, que ofrece el rendimiento necesario en la potencia más baja posible.

Encender una nueva gama de ideas de productos

Lo importante a recordar es que no es el brazo, pero sus socios de silicio como ST, Freescale, Qualcomm y MediaTek que van a estar llevando a cabo estas ideas, o tal vez incluso sus propias visiones. Parte de la evolución hacia diseños más eficientes será a las fundiciones, así como diseñadores de procesadores. Capacidades de producción también se establecen para mejorar durante este año y el siguiente, con fundiciones finalmente empujando ARM SoC de 20nm móviles vienen 2015. Esto debería producir fuertes mejoras rendimiento y el consumo de energía durante el vigente procesador de línea de seguimiento. En el extremo superior del mercado, es probable que veamos más de las propias tecnologías de ARM hacer su camino en nuestros dispositivos, incluyendo más configuraciones Big.little y soluciones finalmente heterogéneos que pueden hacer un mejor uso de la potencia de la GPU cada vez mejor que se encuentra en nuestra dispositivos inteligentes. Aunque exprimir más rendimiento se está convirtiendo en una tarea más difícil en estos días, la energía y la eficiencia de rendimiento siguen ahí a realizar.

Mientras que Qualcomm está usando diseños de ARM en la búsqueda de especificaciones superiores, MediaTek y otros del mercado de masas desarrolladores SoC chinos están empujando los precios hacia abajo en el extremo inferior del mercado. Ya hemos visto los primeros $ 60 smartphones y Firefox está empujando los límites de precios en la marca de $ 25. La industria también está viendo un gran número de desarrolladores de productos recoger potencia inferior rango Cortex-M de ARM de procesadores para construir la próxima generación de smartwatches y productos portátiles, desde el Samsung Gear 2 a la aptitud de seguimiento Fitbit. Ya hemos cubierto ARM y vestibles más ampliamente, pero es importante señalar que la empresa no sólo se centra en el mercado de teléfonos inteligentes en estos días.

Hay un montón de oportunidades de desarrollo que se tenía, tanto para ARM y los desarrolladores, en los wearables crecimiento y de Internet de mercados Cosas. Amplia gama de procesadores de ARM también están encontrando usos en una variedad de nuevas aplicaciones inteligentes, desde la industria del automóvil a los televisores web conectada y set top boxes. Hay una buena razón por la ARM se ha convertido en un líder en el mercado móvil. Combinación de tecnologías de vanguardia y un modelo de negocio razonable que permite a los fabricantes para satisfacer las demandas del consumidor de la compañía ha asegurado una amplia gama de aplicaciones prácticas de procesador durante la última década. Afortunadamente, ARM y sus socios no parecen estar disminuyendo, ya sea, como parece que estamos en una nueva ola de innovación en el próximo par de años.