Fabricants de puces mobiles: les fondements

Si vous pouvez affirmer que le marché des processeurs pour ordinateurs de bureau et ordinateurs portables est devenu assez limité et prévisible ces derniers temps, le marché des processeurs d’applications pour téléphones mobiles et tablettes reste un marché extrêmement dynamique, avec plus d’une douzaine de concurrents. Ces processeurs évoluent assez rapidement. La grande nouveauté de l'année dernière, les processeurs d'application à quatre coeurs, est devenue monnaie courante cette année.

J'ai suivi la direction que prennent les transformateurs et comment ils devraient évoluer au cours de la prochaine année. Dans les prochains articles, je parlerai des processeurs spécifiques, mais commençons par examiner les composants qui entrent dans les puces.

Les blocs de construction de base

Tous les processeurs mobiles incluent à la fois des cœurs de processeur et des cœurs graphiques; la plupart contenant des fonctionnalités de connectivité et / ou du matériel en bande de base pour la connexion à un réseau mobile. (Même dans ce cas, les téléphones nécessitent généralement une puce RF distincte pour les connexions, plus une puce de connectivité séparée pour les éléments tels que le Wi-Fi et le Bluetooth.)

Une des raisons de la concurrence si vive dans l’espace mobile est que la grande majorité des processeurs pour téléphones et tablettes reposent sur une certaine itération de l’architecture ARM, soit en utilisant des cœurs conçus par ARM Holdings lui-même, soit des cœurs personnalisés construits à l’aide de "licence d'architecture", comprenant notamment Qualcomm (avec son noyau "Krait") et Apple dans l'espace mobile.

Bien sûr, il existe des architectures concurrentes. Intel tente de mettre en avant l'architecture x86, qui a été si populaire sur les ordinateurs de bureau et les ordinateurs portables, et Imagination Technologies possède également son architecture MIPS récemment acquise (pour plus d'informations à ce sujet plus tard). Néanmoins, ARM domine vraiment le marché des cœurs de processeur mobiles.

Les graphiques sont un peu plus diversifiés. Imagination Technologies est le fournisseur tiers le plus connu d’adresses graphiques IP. Sa famille Power VR est utilisée dans une grande variété de processeurs, y compris ceux d'Intel et d'Apple. ARM est en concurrence avec sa famille de cœurs graphiques au Mali et un certain nombre de fabricants de puces créent leurs propres graphiques, y compris Qualcomm avec ses graphiques Adreno et Nvidia avec ses graphiques GeForce.

ARM Cœurs Partout

ARM fabrique en fait un certain nombre de cœurs différents, allant des cœurs minuscules utilisés dans toutes sortes de périphériques à la série Cortex, qui est généralement utilisée dans les processeurs mobiles. Même ici, il existe une grande variété de choix allant du Cortex-A9 (utilisé dans la plupart des téléphones actuels) au nouveau Cortex-A15, plus puissant, en passant par le minuscule Cortex-A7, à faible consommation énergétique.

Le Cortex-A9 est au cœur de la plupart des cœurs d'applications tierces depuis quelques années, bien que cette année, de nombreux fabricants de processeurs d'applications passent à de nouvelles conceptions. Beaucoup sont basés sur le Cortex-A15, conçu pour des performances supérieures, et / ou le Cortex-A7, conçu pour utiliser moins d'énergie. L'A15 dispose d'un espace d'adressage physique de 40 bits, bien que les threads individuels ne puissent accéder qu'à 32 bits et offre une nouvelle architecture qui devrait être plus puissante. Broadcom, Nvidia, Samsung, ST-Ericsson et Texas Instruments ont tous annoncé des projets pour les processeurs utilisant ce cœur.

Le Cortex-A7 est intéressant, car il a été conçu pour utiliser beaucoup moins de puissance et être considérablement plus petit que le Cortex-A9. Comme vous pouvez le constater dans le tableau ci-dessus, une implémentation du Cortex-A7 à 28 nm peut être infime - moins d’un demi-millimètre carré - et n’utiliser que le tiers environ de la puissance d’un Cortex-A9 à 40 nm. Bien que cela puisse varier un peu selon l’implémentation, chaque cœur A7 devrait utiliser moins de 100 milliwatts de puissance, contre un pic de 200 à 300 milliwatts pour un A9 et jusqu’à 500 milliwatts pour un A15.

Mais le plus gros atout d'ARM est pour ce qu'il appelle une architecture big.LITTLE, qui associe l'A7 et l'A15. Dans une telle conception, une puce peut avoir plusieurs cœurs dans chaque architecture, les cœurs de faible puissance fonctionnant la plupart du temps et la puce passant aux cœurs de puissance supérieure lorsque des performances supplémentaires sont nécessaires, peut-être lors de l'exécution d'un calcul complexe à l'intérieur. un jeu, ou même un JavaScript compliqué dans une page Web.

Les titulaires de licences de cette architecture combinée annoncés à l'heure actuelle comprennent CSR, Fujitsu, MediaTek, Renesas Mobile et Samsung Electronics. La première annonce de ce projet a été Exynos 5 Octa de Samsung, mais d’autres fournisseurs tels que Renesas semblent être à la traîne. Lors du salon, ARM a montré comment la combinaison big.LITTLE peut économiser de l’énergie.

Les A15 et A7 seront suivies des Cortex-A57 et A53, qui seront également associées dans un schéma big.LITTLE, avec l’A53 de faible puissance fonctionnant la plupart du temps, mais l’A57 étant disponible lorsque davantage de puissance est requise. Bien que ces deux processeurs soient compatibles 64 bits, ils fonctionneront initialement avec des systèmes d'exploitation 32 bits, qui ne peuvent pas traiter plus de 4 Go, la limite des processeurs 32 bits dans la plupart des cas. (Ces cœurs se retrouveront également dans les processeurs destinés au marché des serveurs, où une mémoire plus importante est nécessaire.)

Mais nous ne voyons pas qu'une seule approche. Il semble que chaque fournisseur de processeurs adopte une approche différente pour ses processeurs haut de gamme. Samsung et Renesas proposent quatre A15 et quatre A7. Nvidia pousse quatre A15 pleine puissance plus un noyau basse consommation. MediaTek et d’autres utilisent simplement quatre A7. ST-Ericsson fait la promotion des cœurs A9, mais à une vitesse plus rapide.

Et puis il y a les entreprises qui ont des "licences d'architecture". Celles-ci permettent essentiellement aux entreprises de créer des cœurs dotés de fonctionnalités uniques, mais toujours compatibles avec l'architecture ARM. Cette architecture - en réalité, le jeu d'instructions - a elle-même de multiples variantes, les A9, A7 et A15 utilisant toutes ce qu’on appelle ARMv7. Les prochaines versions A53 et A57 utilisent une version plus récente prenant en charge l’informatique 64 bits, appelée ARMv8.

De nombreuses entreprises ont des licences d'architecture. Le mieux connu est peut-être Qualcomm, qui utilise son cœur "Krait" dans la plupart de ses processeurs actuels (bien qu’il utilise les A7 au bas de gamme). Krait est un noyau compatible ARMv7. Marvell conçoit ses propres cœurs dans sa gamme de processeurs Armada. Apple ne divulgue pas la plupart des détails de ses processeurs, mais aurait conçu ses propres cœurs pour ses processeurs A6 et A6X pour iPhone et iPad. Les premiers cœurs de processeur compatibles ARMv8 se trouveront probablement dans des puces de serveur telles qu'AppliedMicro X-Gene, mais il est probable que nombre des autres sociétés qui fabriquent des cœurs compatibles ARM emboîteront le pas. Par exemple, Nvidia a annoncé son intention de créer son propre noyau appelé "Project Denver" pour un processeur mobile qui devrait sortir en 2015.

Les alternatives x86 et MIPS

Bien que l'architecture ARM domine les téléphones mobiles et les tablettes, il existe des alternatives. Récemment, Intel a fait le plus de bruit avec une série de produits et une feuille de route pour sa famille Atom destinés aux appareils mobiles. La société a dévoilé un nouveau processeur destiné au segment bas du marché des smartphones, le Z2420 (nom de code Lexington), au CES en janvier, et au Mobile World Congress, la plate-forme Clover Trail +, dirigée par le thread Atom Z2580, fonctionnant à 2GHz.

Bien que la société présente des téléphones Atom depuis un certain temps, ce n’est que l’année dernière que ces téléphones ont réellement été mis sur le marché. Intel déclare avoir 10 modèles de téléphones mobiles basés sur sa puce Atom dans plus de 20 pays et vanter des fonctionnalités telles que la prise en charge d'appareils photo HDR sans flou directionnel. Les processeurs Atom actuels d’Intel utilisent la technologie 32 nm, mais la société envisage de passer à la technologie FinFET 22 nm qu’elle utilise dans ses processeurs Core vers la fin de l’année. Bien sûr, Intel domine depuis longtemps le segment des ordinateurs portables et a également progressé cette année également avec les tablettes et convertibles à base Atom et Core. Je discuterai des détails lorsque je rencontrerai les fournisseurs de processeurs individuels dans le prochain message.

AMD, le rival traditionnel d’Intel dans le domaine des processeurs x86, était également au Congrès mondial de la téléphonie mobile pour présenter Temash, son prochain processeur destiné aux tablettes et hybrides Windows. Cette version sera disponible dans les versions dual-core et quad-core, et AMD montrait des démonstrations de ses performances supérieures à celles de la plate-forme existante Clover Trail. La sortie est prévue pour le premier semestre 2013. AMD ne dispose pas encore de plate-forme téléphonique.

L'autre architecture de processeur que nous avons vue dans les appareils mobiles provient de MIPS, récemment acquise par Imagination Technologies. MIPS offre trois niveaux avec sa famille de cœurs de processeur Aptiv, y compris la ligne Pro-Aptiv destinée aux processeurs d’applications. Les responsables de l’imagination notent que MIPS vend des cœurs 64 bits depuis 20 ans et indiquent que la société a pour objectif de fournir 25% de tous les cœurs de processeur au cours des quatre à cinq prochaines années. Pour l’instant, la majorité des processeurs MIPS s’adressent à des marchés tels que la mise en réseau, l’infrastructure et les décodeurs, mais Ingenic fabrique un processeur pour les appareils mobiles et la société s’attend à ce que l’on accorde plus d’importance à ce domaine. MIPS a récemment annoncé une nouvelle version de l'architecture, appelée V5, et s'attend à voir les puces initiales plus tard cette année.

Graphisme: concurrence surprenante

Si ARM domine dans les cœurs d’applications mobiles, Imagination Technologies l’a dominé dans les cœurs graphiques pour mobiles, bien qu’elle ait été confrontée à une concurrence croissante.

Aujourd’hui, l’imagination est principalement représentée par son ensemble PowerVR série 5, notamment son extension 5XT, qui ajoute certaines fonctionnalités permettant d’utiliser OpenGL ES 3.0. Le SGX 544MP4 est aujourd’hui haut de gamme. Le chiffre «4» indique le nombre de cœurs graphiques. De nombreuses entreprises prennent en charge les graphiques Imagination, notamment Apple, Intel, MediaTek, ST-Ericsson, Ingenic, Allwinner et Texas Instruments. Bien qu'Apple ne le confirme généralement pas, le processeur A6X de l'iPad actuel possède des cartes graphiques quadricœurs PowerVR SGX 554MP4. (Imagination l'a montré sur son stand au Mobile World Congress.) La société a ensuite confirmé que le Samsung Exynos 5410 Octa utilisait également ces graphiques.

À l’avenir, la société fait la promotion de PowerVR série 6, qui prendra en charge nativement DirectX 10 et Open GL ES 3.0. Celui-ci sera proposé avec un à six groupes de graphismes, allant du G6100 au haut de gamme 6630. Imagination dit qu’il dispose de 10 détenteurs de licence pour les graphismes VR6.

Imagination pousse également une capacité graphique distincte sous la forme de ses cœurs vidéo PowerVR, qui incluent le décodage et le codage vidéo. La société affirme que ses licenciés ont expédié plus de 500 millions de ces cœurs.

Parmi les graphismes sous licence, le plus grand concurrent d’Imagination est ARM, qui propose ses cœurs GPU (unités de traitement graphique) au Mali. ARM affirme avoir désormais 75 titulaires de licence et s'attend à ce que 240 millions de processeurs soient équipés de cette technologie en 2013. Elle a notamment expliqué comment cette combinaison pourrait être utilisée pour des applications telles que l'informatique GPU, la démonstration de la photographie numérique, la détection des visages, et jeux en temps réel.

Au sein de la famille Mali, il existe plusieurs gradations, notamment les familles Mali-400 et -450 destinées principalement aux smartphones grand public et la famille Mali-T600 destinées davantage au haut de gamme.

Parmi les entreprises utilisant des noyaux au Mali, on compte Samsung Electronics, Leadcore, MediaTek, Spreadtrum, ST-Ericsson, AllWinner et Rockchip. Si vous remarquez un chevauchement avec la liste Imagination, c'est que certaines entreprises utilisent des graphiques différents dans différents processeurs.

Mais peut-être que les principaux concurrents des cœurs graphiques sous licence sont les graphiques uniques que beaucoup de fabricants de processeurs d’application intègrent. Qualcomm a probablement eu le plus de succès en utilisant largement ses graphiques Adreno dans sa famille de processeurs Snapdragon. Cela se décline également en différentes saveurs, en fonction du marché auquel la puce est destinée. Nvidia a probablement fait le maximum en utilisant les graphiques comme facteur de différenciation, en parlant de ses graphiques GeForce et de la façon dont elle a exploité son héritage de jeu sur PC et l’a appliqué aux processeurs mobiles. Broadcom dispose également de sa propre technologie multimédia, connue sous le nom de VideoCore.

Je couvrirai davantage les vendeurs de puces spécifiques dans mon prochain article.