Темпи розвитку електронних технологій просто вражають своєю швидкістю. Важко уявити, що всього лише з десяток років тому піком досконалості вважався телефон з монохромним екраном, а його головною особливістю була наявність вібродзвінка. Сьогодні ж базовою вимогою навіть до найбільш бюджетного апарата є вбудований MP3-плеєр і підтримка Java-додатків. Але що ж ховається за гарними рекламними слоганами про мультимедійність телефонів, і що забезпечує всі їх функції, що є їх серцем? 

Сучасний мобільний телефон стає все більше схожий на портативний комп’ютер. Відповідно, і вибір нового пристрою зводиться до тих же критеріїв відбору — продуктивність і функціональність. Як і в ПК, вона забезпечується тими ж компонентами — частотою системної шини, швидкістю вибірки пам’яті, характеристиками процесора. А оскільки телефони ще не сформувалися в єдину платформу, як, наприклад, IBM PC/2 або Apple Macintosh з однаковими вимогами щодо компонування та встановленим комплектуванням, то щоб довідатися, на якій частоті працює головний орган мобільного пристрою потрібно пройти цілий квест з пошуку специфікацій виробника. Проте, щоб потішити вас вбудованим MP3-плеєром і підтримкою 3D-ігор доводиться встановлювати досить потужні процесори, а іноді навіть і 3D-прискорювачі.

Розвиток мобільних процесорів

Хоча існує безліч виробників портативної техніки, проектуванням процесорів вони не займаються. Це довірили двом найбільшим фірмам: виробникові процесорів на базі однойменної архітектури ARM й Texas Instruments, що випускає процесори OMAP на базі тієї ж ARM. Розробкою своїх CPU займається й Intel, що створила платформу XScale, побудовану знов-таки на основі ARM.

Покоління процесорів OMAP

Таблиця продуктивності процесорів OMAP 

Лідером у боротьбі за роль кремнієвого серця, безумовно, є компанія ARM, що вже відвоювала не менше 70 % ринку вбудованих мікроконтролерів. Всі ці процесори побудовані на базі модифікованої відповідно до  встановлених апаратних обмежень, архітектури RISC, на відміну від «настільних» кристалів виробництва AMD або Intel, які базуються на архітектурі CISC. Природно, мобільні процесори мають також і свої набори інструкцій, які доповнюють базові. Найбільш помітні з них, які кардинально розширили можливості телефонів, перетворивши їх у портативний мультимедійний центр, стали інструкції Thumb, Jazelle, SIMD, IEM й DSP.

Інструкція Thumb дозволяє 32-розрядним ARM-процесорам працювати з 16-бітовим набором даних. Це дозволяє заощаджувати пам’ять (приблизно 30 % економії). У той же час, розробники ПЗ можуть оперувати адресним простором в 32 розряди, що дозволяє збільшувати об’єм пам’яті мобільного пристрою до декількох десятків гігабайт.

Набір інструкцій Jazelle істотно збільшив швидкість обробки Java-коду. Якщо раніше виконання Java покладало на програмні засоби, які перекладали Java-інструкції в код, зрозумілий процесору, тобто  була програмна підтримка Java, то Jazelle відкрила вже апаратну підтримку коду. Переваги очевидні навіть неозброєним оком — трансляція займає дефіцитний процесорний час, а от підтримка на рівні «заліза» дозволяє виконувати Java без посередників, звільняючи ресурси процесора. Крім того, відпадає необхідність в установці додаткового співпроцесора, що веде до економії енергії акумулятора й зниженню собівартості пристрою.

Інструкції SIMD стали в нагоді при додаванні мультимедійних функцій. Завдяки їм система пересилає за один такт кілька інструкцій, прискорюючи тим самим обробку приблизно в чотири рази без збільшення тактової частоти та, що дуже важливо, знижуючи енергоспоживання при кодуванні/декодуванні аудіо й відео.

Інструкції IEM націлені на економію живлення, відключаючи невикористовувані в цей момент блоки процесора або знижуючи їхню частоту. Це відбувається автоматично, користувачеві зниження частоти непомітно, тому що продуктивність при цьому не знижується.

А от набір інструкцій DSP дозволяє відійти від багатоядерності, що приводить до істотної економії енергії батареї. У деяких моделях телефонів встановлено кілька процесорів — один з них відповідає за обробку тих команд, яким критичний час затримки, наприклад, сигнали стільникової мережі, а другий призначається для роботи додатків. Створення кожного такого співпроцесора справа трудомістка й дорога. Тому введення інструкцій DSP дозволяє зменшити кількість співпроцесорів на одиницю. Адже для збільшення швидкості обробки 3D-графіки усередині мобільного пристрою часто використовується ще й графічне ядро.

Платформи OMAP й XScale

Хоча Texas Instruments та Intel випускають свої процесори й для мобільних телефонів, базуються ці чіпи на ядрі ARM. Однак первісно OMAP розроблялася як економічна в плані енергоспоживання, але продуктивна архітектура. Наприклад, остання її модифікація побудована на ядрі ARM Cortex A8. При цьому робоча частота процесора досягла межі в 1 ГГц, а енергії він споживає менше ніж його 200 МГц побратими. Поки що існує лише одна модифікація покоління OMAP 3 — процесор OMAP 3430. Пристрої з гігагерцовим процесором на борту поки ще відсутні в продажу, але їх варто очікувати до кінця 2007 — початку 2008 року.

Структурна схема процесора ARM Сortex A8 

Що ж пропонує нам третє покоління? У першу чергу, це перетворення власника OMAP 3 у портативний мультимедійний центр завдяки апаратній підтримці кодеків MPEG-4, WMV9, RealVideo, H263 й H264.

Крім того, такі пристрої цілком зможуть замінити спеціалізовані ігрові приставки, такі як Play Station Portable. А лише тому, що в рамках одного кристала помістилося ще й убудоване графічне ядро, що підтримує роздільну здатність дисплея 1024х768х24, а також специфікації OpenGL ES 2.0. Завдяки OMAP 3 повинна зникнути проблема недостатньої пам’яті в мобільних пристроях, адже завдяки інтеграції контролера стане можливим тотальне встановлення жорстких дисків.

Ну й останнє передбачуване нововведення — це підтримка фотосенсорів аж до 12 мегапікселів.

Компанія Intel теж не хоче упускати настільки ласий шматочок ринку, тому її дітище XScale також одержало свіже оновлення під кодовою назвою Bulverde. Новинка буде використовувати ядро ARM 5TE, але з додаванням деяких власних функцій. Це Intel Wireless SpeedStep й Intel Wireless MMX. Технологія SpeedStep говорить сама за себе — залежно від навантаження ядро й блоки процесора працюють на мінімально припустимих частотах. А от MMX є ні чим іншим як клоном однойменного набору інструкцій для настільних процесорів. У свій час MMX дуже допомогла компанії вирватися в лідери, тому що дозволила процесорам істотно збільшити продуктивність у мультимедіа й 3D додатках. І хоча максимальна частота ядра обмежується цифрою в 624 МГц, Intel вірить в успіх своєї розробки. Що, до речі, успішно підтверджує солідний список пристроїв на базі Intel PXA27x — остання модифікація процесорів XScale.

Мобільна графіка

У кожного виробника процесорів своє бачення майбутнього: Intel, окрилена успіхами своїх 400-мегагерцових процесорів виступає за подальший ріст тактової частоти, а от TI агітує за багатоядерність мобільних процесорів, наводячи за приклад OMAP 2, що справляється із тривимірною графікою, маючи частоту графічного ядра всього 66 Мгц. Однак, як би там не було, а для одержання дійсно якісної 3D-графіки без відповідного прискорювача не обійтися.

Що виходить після інтеграції компонентів  (звільняється місце для нових функцій) 

Виробники не стали винаходити велосипед і звернулися до AMD й nVidia. AMD, після злиття з ATI, представила свої чіпи Imageon (останні модифікації мають індекси 2380 і 2388), що підтримують всі специфікації стандарту OpenGL 1.1, а це — повна підтримка тривимірної графіки. Цими співпроцесорами дуже зацікавилася Motorola, що все частіше використовує їх у своїх телефонах. Не відстає від конкурента й nVidia, представляючи слідом за GoForce 5500 графічний процесор GoForce 6100. Цей чіп просто вражає своїми можливостями, а саме — підтримкою OpenKODE 1.0. Це означає, що незабаром  може відбутися трансформація інтерфейсу вбік  багатовіконності й багатозадачності. Крім того, інтерфейс почне перетворюватися зі звичайного набору іконок у віртуальний 3D-простір.

***

Що ж, загальна тенденція розвитку мобільних пристроїв поки що зрозуміла — нарощування м’язової маси, а саме продуктивності й об’ємів пам’яті. Це спричинить  і збільшення роздільної здатності мобільних екранів. Але якщо врахувати досить успішні розробки в галузі мобільних проекторів та 3D-екранів, то гадати просто даремно.

Джерело: МабілаАвтор: Євген Барилюк

Источник