viernes, 7 de junio de 2013

ARM Cortex A15. Introducción – ZonaARM

La nueva micro arquitectura de ARM promete un salto prestacional importante comparado con su anterior diseño, el Cortex A9. En este artículo esbozo las mejoras aportadas por el A15 respecto a los cores actuales (el Cortex A9 y el antiguo A8) pertenecientes a la arquitectura ARM v7 de 32 bit.

El core Cortex A15 ha sido diseñado pensando en su integración en SoCs fabricados en el nodo de 28 nm (TSMC y Global Foundries) y posteriores y alarga el pipeline de enteros de 9 etapas en el Cortex A9 a 15 etapas.

Ejecución fuera de orden. OoO (Out of Order Execution)

El A15 es el segundo diseño OoO (Out of Order) de ARM después del Cortex A9. Los diseños anteriores eran pequeños y primitivos cores con ejecución In Order, el último de ellos el A8 que todavía hoy se utiliza en muchos dispositivos.

Cortex_A8El popular ARM Cortex A8.

El Cortex A8, al ser un core In Order, ejecuta las instrucciones respetando estrictamente el orden del programa. Si alguna instrucción no puede ser ejecutada por algún problema (fallo de caché, ..) el proceso se detiene y la CPU debe esperar hasta poder continuar.

Por ejemplo, si una instrucción debe operar con datos presentes en RAM el procesador puede tener que esperar cientos de ciclos hasta tener los datos disponibles (cargados de memoria) para empezar la ejecución.

Dual_A9Un más sofisticado ARM Cortex A9 en variante dual core.

En un Cortex A9 existe un buffer donde se almacenan las instrucciones pendientes de ejecución y una circuitería especializada escoge entre ellas las que se encuentran listas (con todos los datos necesarios cargados) para ser ejecutadas fuera de orden sin esperar a las que, estando por delante de ellas, no puedan ser enviadas a las unidades de ejecución.

El Cortex A15 es un core más ancho que el A9 (con más recursos de ejecución) y mejora sus capacidades OoO además de incorporar una FPU mucho más avanzada y otras importantes mejoras micro arquitecturales.

En estos y otros aspectos me centraré en el siguiente artículo.

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miércoles, 22 de febrero de 2012

El SoC. El corazón de nuestro Smartphone – ZonaARM

Nuestros imprescindibles dispositivos móviles están basados en un chip principal que aglutina la mayoría de las funciones, es el SoC (System on Chip). En pocas palabras el SoC es el corazón de nuestro tablet o Smartphone y de sus características depende la potencia, velocidad y prestaciones de nuestra máquina.

SoCEn este SoC se pueden apreciar los dos cores Cortex A9 y un pequeño Cortex A7.

 

Los SoC integrados en Smartphones y tablets generalmente adoptan la arquitectura ARM de 32 bit  (concretamente la ARM v7) y no la típica X86 (en variantes de 32 y 64 bit) a la que nos tienen acostumbrados los sistemas de escritorio y portátiles basados en CPUs Intel y AMD.

apple-a4-samsung-S5PC110A1-whole-dieEn estos dos SoC está resaltado el core Cortex A8 integrado.

ARM es una compañía que no fabrica sus diseños sino que los licencia a terceros para que los integren en sus SoCs, así Apple los adopta en sus líneas iPhone, iPad y iPod y en el mercado Android ARM prácticamente copa todos los diseños.

SoCs_2012Tabla comparativa de SoCs para 2012.

La arquitectura ARM es RISC en esencia, simple al máximo y se caracteriza por un excelente rendimiento por watt y consumos efectivos casi ridículos.

apple-a5-processor_2El reciente SoC Apple A5 incorpora dos cores ARM Cortex A9.

Por esta razón, y a día de hoy, no hay alternativa posible en smartphones y tablets a ARM. AMD con sus cores Bobcat de 40 nm e Intel con sus Atom de 32 nm lo tienen muy difícil pues disipación térmica y consumo es superior en varios órdenes de magnitud. Tendrán que esperar a procesos de fabricación futuros para ser una alternativa viable.Exynos4210El Samsung Exynos 4210, núcleo del popular Galaxy S II.

Las prestaciones de un SoC dependen principalmente de tres factores:

El número de cores integrados (1,2 o 4).

El tipo de cores (Cortex A8, A9, A15…) y su frecuencia.

La GPU integrada y su frecuencia.

El ancho de banda disponible (número de canales, ancho de bits y frecuencia de memoria).

En próximos artículos analizaré cada una de estas áreas en profundidad para iros dando una imagen completa del mercado de SoCs en la actualidad y su evolución futura según los roadmaps de los fabricantes y los nuevos nodos de fabricación.

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