Темпы развития электронных технологий просто поражают своей скоростью. Трудно представить, что всего лишь с десяток лет назад верхом совершенства считался телефон с монохромным экраном, а его главной особенностью было наличие виброзвонка. Сегодня же базовым требованием даже к самому бюджетному аппарату является встроенный MP3-плеер и поддержка Java-приложений. Но что же скрывается за красивыми рекламными слоганами о мультимедийности телефонов, и что обеспечивает все их функции, что является их сердцем?

Современный мобильный телефон становится все более похож на портативный компьютер. Соответственно, и выбор нового устройства сводится к тем же критериям отбора — производительность и функциональность. Как и в ПК, она обеспечивается теми же компонентами — частотой системной шины, скоростью выборки памяти, характеристиками процессора. А поскольку телефоны еще не сформировались в единую платформу, как, например, IBM PC/2 или Apple Macintosh с едиными требованиями по компоновке и установленным комплектующим, то чтобы узнать, на какой частоте работает главный орган мобильного устройства нужно пройти целый квест по поиску спецификаций производителя. Тем не менее, чтобы порадовать вас встроенным MP3-плеером и поддержкой 3D-игр приходится устанавливать довольно мощные процессоры, а иногда даже и 3D-ускорители.

Развитие мобильных процессоров

Хотя существует множество производителей портативной техники, проектированием процессоров они не занимаются. Это доверили двум крупнейшим фирмам: производителю процессоров на базе одноименной архитектуры ARM и Texas Instruments, которая выпускает процессоры OMAP на базе той же ARM. Разработкой своих CPU занимается и Intel, создавшая платформу XScale, построенную опять-таки на основе ARM.

Поколения процессоров OMAP

Таблица производительности процессоров OMAP 

Лидером в борьбе за роль кремниевого сердца, безусловно, является компания ARM, которая уже отвоевала не менее 70 % рынка встраиваемых микроконтроллеров. Все эти процессоры построены на базе модифицированной в соответствии с налагаемыми аппаратными ограничениями архитектуры RISC, в отличие от «настольных» кристаллов производства AMD или Intel, которые базируются на архитектуре CISC. Естественно, мобильные процессоры имеют также и свои наборы инструкций, которые дополняют базовые. Наиболее заметные из них, кардинально расширившие возможности телефонов, превратив их в портативный мультимедийный центр, стали инструкции Thumb, Jazelle, SIMD, IEM и DSP.

Инструкция Thumb позволяет 32-разрядным ARM процессорам работать с 16-битовым набором данных. Это позволяет экономить память (примерно 30 % экономии). В то же время, разработчики ПО могут оперировать адресным пространством в 32 разряда, что позволяет увеличивать объем памяти мобильного устройства до нескольких десятков гигабайт.

Набор инструкций Jazelle существенно увеличил скорость обработки Java-кода. Если раньше исполнение Java возлагалось на программные средства, которые переводили Java-инструкции в код, понятный процессору, т. е. была программная поддержка Java, то Jazelle открыла уже аппаратную поддержку кода. Преимущества очевидны даже невооруженным глазом — трансляция занимает дефицитное процессорное время, а вот поддержка на уровне «железа» позволяет исполнять Java без посредников, освобождая ресурсы процессора. Кроме того, отпадает необходимость в установке дополнительного сопроцессора, что ведет к экономии энергии аккумулятора и снижению себестоимости устройства.

Инструкции SIMD очень пригодились при добавлении мультимедийных функций. Благодаря им система пересылает за один такт несколько инструкций, ускоряя тем самым обработку примерно в четыре раза без увеличения тактовой частоты и, что очень важно, энергопотребления при кодировании/декодировании аудио и видео.

Инструкции IEM нацелены на экономию питания, отключая неиспользуемые в данный момент блоки процессора или снижая их частоту. Это происходит автоматически, пользователю снижение частоты незаметно, так как производительность при этом не снижается.

А вот набор инструкций DSP позволяет отойти от многоядерности, что приводит к существенной экономии энергии батареи. В некоторых моделях телефонов стоит несколько процессоров — один из них отвечает за обработку тех команд, которым критично время задержки, например, сигналы сотовой сети, а второй предназначается для работы приложений. Создание каждого такого сопроцессора дело трудоемкое и дорогостоящее. Поэтому введение инструкций DSP позволяет уменьшить количество сопроцессоров на единицу. Ведь для увеличения скорости обработки 3D-графики внутри мобильного устройства часто используется еще и графическое ядро.

Платформы OMAP и XScale

Хотя Texas Instruments и Intel выпускают свои процессоры и для мобильных телефонов, базируются эти чипы на ядре ARM. Однако изначально OMAP разрабатывалась как экономичная в плане энергопотребления, но производительная архитектура. Например, последняя ее модификация построена на ядре ARM Cortex A8. При этом рабочая частота процессора достигла рубежа в 1 ГГц, а энергии он потребляет меньше чем его 200 МГц собратья. Пока что существует лишь одна модификация поколения OMAP 3 — процессор OMAP 3430. Устройства с гигагерцовым процессором на борту пока еще отсутствуют в продаже, но их следует ожидать к концу 2007 — началу 2008 годов.

Cтруктурная схема процессора ARM Сortex A8 

Что же предлагает нам третье поколение? В первую очередь это превращение обладателя OMAP 3 в портативный мультимедийный центр благодаря аппаратной поддержке кодеков MPEG-4, WMV9, RealVideo, H263 и H264.

Кроме того, такие устройства вполне смогут заменить специализированные игровые приставки, такие как Play Station Portable. А всего-лишь потому, что в рамках одного кристалла поместилось еще и встроенное графическое ядро, поддерживающее разрешение дисплея 1024и768@24, а также спецификации OpenGL ES 2.0. Благодаря OMAP 3 должна исчезнуть проблема нехватки памяти в мобильных устройствах, ведь благодаря интеграции контроллера станет возможным поголовная установка жестких дисков.

Ну и последнее предполагаемое новшество — это поддержка фотосенсоров вплоть до 12 мегапикселей.

Компания Intel тоже не хочет упускать столь лакомый кусочек рынка, поэтому ее детище XScale также получило свежее обновление под кодовым названием Bulverde. Новинка будет использовать ядро ARM 5TE, но с добавлением некоторых собственных функций. Это Intel Wireless SpeedStep и Intel Wireless MMX. Технология SpeedStep говорит сама за себя — в зависимости от нагрузки ядро и блоки процессора работают на минимально допустимых частотах. А вот MMX является ни чем иным как клоном одноименного набора инструкций для настольных процессоров. В свое время MMX очень помогла компании вырваться в лидеры, так как позволила процессорам существенно увеличить производительность в мультимедиа и 3D приложениях. И хотя максимальная частота ядра ограничивается цифрой в 624 МГц, Intel верит в успех своей разработки. Что, кстати, успешно подтверждает солидный список устройств на базе Intel PXA27x — последней модификацией процессоров XScale.

Мобильная графика

У каждого производителя процессоров свое видение будущего: Intel, окрыленная успехами своих 400-мегагерцовых процессоров ратует за дальнейший рост тактовой частоты, а вот TI агитирует за многоядерность мобильных процессоров, приводя в пример OMAP 2, который справляется с трехмерной графикой, имея частоту графического ядра всего 66 МГц. Однако, как бы там ни было, а для получения действительно качественной 3D-графики без соответствующего ускорителя не обойтись.

Что получается после интеграции компонентов(освобождается место для новых функций) 

Производители не стали изобретать велосипед и обратились к AMD и nVidia. AMD, после слияния с ATI, представила свои чипы Imageon (последние модификации имеют индексы 2380 и 2388), поддерживающие все спецификации стандарта OpenGL 1.1, а это — полная поддержка трехмерной графики. Этими сопроцессорами очень заинтересовалась Motorola, которая начала их все чаще использовать в своих телефонах. Не отстает от конкурента и nVidia, представляя вслед за GoForce 5500 графический процессор GoForce 6100. Этот чип просто убивает своими возможностями, а именно — поддержкой OpenKODE 1.0. Это означает, что в скором времени может случиться трансформация интерфейса в сторону многооконности и многозадачности. Кроме того, интерфейс начнет превращаться из обыкновенного набора иконок в виртуальное 3D-пространство.

***

Что ж, общая тенденция развития мобильных устройств пока что ясна — наращивание мышечной массы, а именно производительности и объемов памяти. Это повлечет за собой и увеличение разрешающей способности мобильных экранов. Но если учесть довольно успешные разработки в области мобильных проекторов и 3D-экранов, то угадывать просто-напросто бесполезно.

Источник: МабилаАвтор: Евгений Барилюк

Источник