Microprocesadores en SMARTPHONES

sploshtribeSoftware and s/w Development

Dec 14, 2013 (3 years and 10 months ago)

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Microprocesadores en
SMARTPHONES

Evolución multinúcleos

Cassandra Déniz Falcón







Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

2


Contenido

¿Qué es un SMARTPHONE?

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3

Microprocesadores en SMARTPHONES

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6

Familias ARM

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6

ARM7

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6

ARM Cortex A8

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7

ARM Cortex A9

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8

SAMSUNG HUMMINGBIRD (
S5PC110)

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9

APPLE A4

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11

SNAPDRAGON

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13

OMAP

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14

Multiprocesadores multinúcleos

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15

NVIDIA TEGRA

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18

SAMSUNG ORION

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19

OMAP 4

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19

SNAPDRAGON

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20

Bibliografía

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21























Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

3


Tabla de ilustraciones

Ilustración 1: IBM Simon Personal Communicator.

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5

Ilustración 2:
Arquitectura ARM7.

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7

Ilustración 3: Arquitectura Cortex A8.

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8

Ilustración 4: ARM MPCore para SMARTPHONES.

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9

Ilustración 5: Arquitect
uta S5PC110.

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10

Ilustración 6: SMARTPHONE Samsung Galaxy S.

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11

Ilustración 7: Comparativa de chips del APPLE A4 y el S5PC110.

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12

Ilustración 8: Tabla comparativa de tiempos de carga de páginas web.

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12

Ilustración 9: Arquitectura OMAP 3430

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15

Ilustración 10: Arquitectura Cortex A9 MPCore.

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16

Ilustración 11: Arquitectura Cortex A15 MPCore.

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17

Ilustración 12: Arquitectura OMAP 4.

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20

















Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

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¿Qué es un SMARTPHONE?

Desde la creación del primer teléfono móvil hasta la actualidad ha habido una gran
cantidad de cambios y avances en
la tecnología, que hoy permiten

a los usuarios
tener en un
teléfono móvil gran cantidad de herramientas, más allá del mero hecho de
realizar llamadas o
recibir mensajes
.

Tal es el caso de los equipos denominados
Smartphone
, conocidos también como
teléfono
s inteligentes, ya que no sólo sirven como dispositivos de comunicación, sino que
además son completos organizadores personales.

De hecho, Smartphone o teléfono inteligente es un término comercial utilizado para
denominar a un teléfono móvil que ofrece
más funciones que un teléfono móvil común. Este
tipo de teléfonos constituyen herramientas portátiles que permiten realizar diversas tareas
similares a las que se pueden llevar a cabo en un PC, además de la tradicional comunicación
telefónica. Sin embargo
,

por poseer características similares a las de un
ordenador
, hace que
estos dispositivos puedan ser vulnerables a virus y ataques al
sistema operativo
, tal como
sucede en la actualidad con los equipos portátiles o de escritorio.

Básicamente, cuando se habl
a de un teléfono inteligente o Smartphone, el término se
refiere a un teléfono que reúne ciertas características que permiten instalar en el dispositivo
un sistema operativo completo con aplicaciones para realizar diversas tareas complejas y
trabajar con i
mportantes cantidades de datos.

En cuanto a su diseño, por lo general los Smartphone poseen un tamaño
significativamente mayor al de un teléfono móvil convencional, esto se debe a la necesidad de
incorporar ciertas características especiales como teclados

del tipo QWERTY, pantallas táctiles
más grandes de alta definición,….

Las principales características que diferencian a un teléfono móvil común de un
Smartphone se detallan a continuación, aunque cabe destacar que no todos los Smartphone
incluyen todas la
s funciones debido a características comerciales y a propósitos específicos.

-

Soportan correo electrónico.

-

Cuentan con
GPS
.

-

Una de sus características más destacadas reside en la posibilidad
que nos brinda de
instalar programas, mediante los cuales el usuario logra ampliar las capacidades y
funcionalidades del equipo, más allá de como lo haya entregado el fabricante.

Estas
aplicaciones ser desarrolladas por el fabricante del dispositivo, por e
l operador o por un
tercero.

-

Utilizan cualquier interfaz para el ingreso de datos, como por ejemplo teclado
QWERTY
, pantalla táctil
,…
.

-

Permiten la conexión a Internet vía telefónica y mediante conexiones inalámbricas.

-

Poseen agendas digitales, admi
nistración de contactos
,…
.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

5


-

Permitan leer documentos en distintos formatos, entre ellos
PDF
s y archivos de
Microsoft

Office.


-

Cuentan con algún sistema operativo.

-

Tienen capacidad de multitarea al igual que los PCs; se pueden recibir llamadas,
revisar la agenda mientras se visualizan videos en
Media Player
, o mientras

se sincroniza

el
dispositivo
con otros, y todo esto sin necesidad de interrumpir alguna de las ta
reas.

Históricamente, se considera como primer Smartphone al IBM Simon Personal
Communicator. Este teléfono inteligente fue creado por IBM y comercializado por BellSouth,
además se presentó por primera vez en 1992 en la COMDEX, demostración comercial anua
l de
la industria de las comunicaciones que se celebra en Las Vegas, EEUU. Se lanzó
comercialmente en 1993
y
combinaba las características de un teléfono móvil, una PDA, un
mensáfono o busca
personas y una máquina de fax.

S
e vendió en 190 ciudades de EEUU
pertenecientes a 15 estados diferentes, además, se tasó originalmente en $899 (a día de hoy
unos 680€).

Además de

teléfono móvil,
sus principales aplicaciones
eran un calendario, un
a libreta
de direcciones
,
un reloj mundial
, una calculadora, un
bloc de not
as
,
e
-
mail, y juegos. No tenía
teclado físico sino que

los clientes utiliza
ban una pantalla táctil
para seleccionar
los números
de teléfono
o
creaban

facsímiles y notas con un
lápiz
opcional. El texto
se introducía

con un
teclado
predictivo
en pantalla o con un teclado QWERTY. Además, disponía opcionalmente de
la incorporación de una tarjeta de memoria PCMCIA.
Para la época, era una auténtica
revolución, teniendo en cuenta que los teléfonos móviles eran todavía poco comunes.


Ilustración
1
:
IBM Simon Personal Communicator.

Luego llegaron otros, como el Nokia 9000 en 1996, o el Ericsson R380 y el Nokia 9210
en 2000. Pero sin lugar a dudas, el pistoletazo de salida del teléfono inteligente fue el anuncio
de Microso
ft en 2002 de la creación de un sistema operativo exclusivo para móviles, el
“Microsoft Windows Powered Smartphone” o simplemente, Windows Mobile
, actualmente
Windows Phone OS
.

Posteriormente
,

salieron al mercado nuevos sistemas operativos para competir co
n el
del gigante Microsoft. Fue el caso de Symbian OS, RIM, Linux, o Palm. Symbian tiene casi la
mitad de cuota de mercado, ya es que usado por muchas marcas conocidas de móviles, entre
las que se encuentran Nokia, Sony Ericsson, Samsung, o LG
, de hecho
f
u
e creado tras una
alianza de estas compañías
. En nuestros días, marcas como Apple, con su iPhone OS, y
Android, compiten por restar mercado a Symbian, con dos de los modelos que más suenan en
nuestros días: iPhone y Nexus One.

Aunque el Nexus One probablem
ente quede desplazado
Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

6


por su modelo evolutivo, el Nexus S. Esta evolución en la utilización de sistemas operativos se
muestra en la siguiente tabla:

Sistema Operativo

2009

2010

Symbian OS

44.6 %

36.6 %

Android

3.5 %

25.5 %

iPhone OS

17.1 %

16.7 %

BlackBerry OS

20.7 %

14.8 %

Windows
Phone OS (Mobile)

7.9 %

2.8 %


Microprocesadores en SMARTPHONES

Prácticame
nte todos los microprocesadores util
izados en telefonía móvil (el 98
%) son
ARM, diseñados por
una empresa inglesa llamada también ARM, que
después varias
compañías (TI, Qualcomm, Freescale, Samsung, etc
.
) se encargan de plasmar
los

en un chip, y
los modifi
can

en algunos
aspectos

para sacarle el máximo rendimiento, mejorar su consumo
de energía, dedicarlo a un propósito específico, … .

En el mu
ndo de los ordenadores, Intel y AMD usan una misma arquitectura (llamada
x86) que está basada en un desarrollo inicial de Intel; en el mundo móvil la arquitectura la
define una compañía que no hace chips (ARM) y los chips los hacen compañías que no hacen l
a
arquitectura. ARM, por supuesto, tiene mucho interés en que sus procesadores se mantengan
al día, así que van sacando nuevos diseños, cada vez más poderosos.

Obviamente, las arquitecturas más antiguas se utilizan en los chips más baratos; la
generación
ARM9 en los de gama baja,

la ARM11 en los de gama media
-
alta
,
y
Cortex A8
para
gama alta
. Son como los Pentium, Core 2 Duo, Core i3 o Athlon del mundo móvil.
También,
e
xisten fabricantes con
diseños de chips de la última generación, Cortex A9
.

Familias ARM

ARM7

La familia de procesadores ARM11

no solo

proporciona a los teléfonos inteligentes
muchas características que los hacen interesantes en el mercado hoy en día, sino que también
es ampliamente utilizado en el hogar y en aplicaciones integradas. Ofrece una potencia
extremadamente baja y una gama de
rendimiento de 350 MHz en diseños de área pequeña y
que puede llegar hasta 1 GHz de velocidad en los diseños optimizados de 45 y 65 nm. El
software del procesador ARM11

es compatible con todas las generaciones anteriores de
procesadores ARM e introduce SIM
D de 32 bits. SIMD
(
S
ingle
I
nstruction,
M
ultiple
D
ata),

técnica empleada para conseguir
paralelismo

a nivel de datos
.
Se le agregaron cachés físicas
para mejorar el rendimiento al utilizar de diferentes sistemas operativos y TrustZone que
proporciona
seguridad mediante hardware dedicado, para sistemas especialmente seguros.

Además
,

la disposición de las memorias favorece a las aplicaciones en tiempo real

y admite
multicore
.

Este tipo de ARM se utiliza en los siguientes teléfonos móviles:



Nokia E63, Nok
ia E71, Nokia 5800, Nokia E51, Nokia 6700 Classic, Nokia 6120
Classic, Nokia 6210 Navigator, Nokia 6220 Classic, Nokia 6290, Nokia 6710
Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

7


Navigator, Nokia 6720 Classic, Nokia E75, Nokia N97, Nokia N81
(modelo

Freescale MXC300
-
30)
.



Nokia E90, Nokia N93, Nokia

N95, Nokia N82 (modelo
OMAP2420)
.



HTC Dream, HTC Magic, Motorola Z6, HTC Hero, Samsung SGH
-
i627 (Propel
Pro) (modelo Qualcomm MSM7201A)
.



Samsung S3C6410 (Samsung Omnia II, Samsung Moment, SmartQ 5)
.



Apple iPhone (EDGE y 3G)
.

Como se observa es el modelo d
e ARM preferido por Nokia. A continuación, se
muestra la arquitectura de
la versión
ARM1176JZ (
F)
-
S

utilizada en el Apple iPhone 3G:


Ilustración
2
: Arquitectura ARM7.

ARM Cortex A8

El ARM Cortex
-
A8 está basado en la
arquitectura ARMv7 y tiene la capacidad de
escalar en velocidad desde 600 MHz a más de 1GHz. El procesador Cortex
-
A8 puede cumplir
los requisitos para dispositivos móviles optimizados en energía que necesitan operar con
menos de 300 mW de consumo, y con re
ndimiento optimizado para aplicaciones que
requieran 2000 Dhrystone MIPS (operando a 1GHz).

Sin embargo, no admite multicore.

Este

procesador es especialmente adecuado para aplicaciones de alto rendimiento y
que requieran microprocesadores superescalares

(smarthpones, set
-
up boxes, impresoras,
televisión digital,

redes en el hogar o de almacenamiento
,…
).

El Cortex
-
A8 posee una unidad NEON que consiste en un motor SIMD de 128 bits que
permite un alto rendimiento de procesamiento de datos multimedia. El uso
de NEON para
algunas cargas de trabajo de audio, video y gráficos facilita la carga de mantener a los
aceleradores más dedicados en todo el SoC y permite que el sistema sirva de apoyo para

los
están
dares futuros.

Algunos smartphones con este microprocesado
r son:



Apple iPhone 3GS.



Apple iPhone 4 (
SoC

Apple
A4,

fabricado por Samsung e Intrensity).

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8




Samsung Omnia HD.



Samsung Wave S8500, Samsung i9000 Galaxy S (modelo Hummingbird).



Nokia N900.



Ilustración
3
: Arquitectura Cortex
A8.

ARM Cortex A9

Los procesadores Cortex
-
A9 son los procesadores de más alto rendimiento
de ARM y
se basan, al igual que los Cortex
-
A8 en la arquitectura ARMv7
.
Diseñado
en busca de alta
eficiencia,
longitud dinámica, superescalar
idad


multi
flujo
, fuera d
e orden, especulando con
pipeline

de 8 etapas, los

procesadores Cortex
-
A9 entregan

niveles sin precedentes de
rendimiento y eficiencia energética con la funcionalidad requerida para productos de
vanguardia
,

a través de la amplia gama de consumo, redes y ap
licaciones móviles.

La micro
-
arquitectura Cortex
-
A9 se
facilita

dentro de un procesador
multinúcleo
escalable, el Cortex
-
A9

procesador multinúcleo MPCore
, o
en
un procesador más tradicional
, el
procesador Cortex
-
A9
,

procesador de núcleo único.
Soporta

conf
iguraci
ones

de 16, 32 o 64 KB
para cachés L1 asociativas de
cuatro
vías,

con hasta 8 MB de caché L2 a través del controlador
de memoria
de
caché L2 opcional
.

El Cortex
-
A9 MPCore integra la tecnología ARM MPCore junto con otras mejoras para
simplificar y am
pliar la adopción de soluciones multinúcleo.
El procesador Cortex
-
A9 MPCore
ofrece la posibilidad de ampliar
e
l máximo rendimiento, mientras que también apoya la
flexibilidad de diseño y nuevas características para reducir aún más y controlar el consumo de

energía a nivel de procesador y sistema

ideal para dispositivos móviles. De hecho ARM incluso
propone un diseño de ARM MPCore propio para smartphones con dos núcleos Cortex A
-
9.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

9



Ilustración
4
: ARM MPCore para SMARTPHONES.


A continuación, se realiza una pequeña comparativa entre estos microprocesadores de
ARM midiendo el rendimiento teórico de los mismos según los DMIPS, tenemos:



ARM11: 1,2 DMIPS por MHz



ARM Cortex A8: 2 DMIPS por MHz



ARM Cortex A9: 2,5 DMIPS por MHz

Como
se observa, este rendimiento depende de la frecuencia del microprocesador y,
además, se multiplicaría por el número

de núcleos que tuviese el chip.

A continuación se exponen algunos modelos de chips que utilizan microprocesadores ARM
y que son utilizados e
n smartphones.

SAMSUNG HUMMINGBIRD

(
S5PC110
)

El Hummingbird de Samsung, está basado en la arquitectura ARM Cortex A8 de 45 nm
y desarrollado conjuntamente con Intrinsity.

La CPU Hummingbird permite no sólo los medios
de comunicación de alto rendimiento y
la adquisición de datos desde dispositivos móviles, sino
también un consumo bajo de energía y, gracias a la reutilización de la tecnología existente,
precios de los chips relativamente bajos.

El Hummingbird viene con 32 KB de datos y caché de instrucciones, una memoria
caché L2 de tamaño variable y la extensión multimedia NEON. Con NEON, Hummingbird
permite la codificación y decodificación de hardware de vídeo, gráficos 2D/3D, audio, voz,
proce
samiento del habla y síntesis de sonido, más del doble de potente
que
anteriores chips
basados en ARM.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

10


Esta aplicación Cortex
-
A8, ofrece 2000

DMIPS a 1GHz. El bajo consumo de energía y el
rendimiento
operativo de gran reloj que el colibrí un núcleo de proc
esador ideal para su uso en
dispositivos móviles avanzados. Como ya se ha mencionado este

procesador tiene una gran
capacidad multimedia y de procesamiento combinados con un bajo consumo energético. Tiene
un caché L2 de 512KB.

Con la velocidad de reloj de
1 GHz y la memoria caché L2 de gran
tamaño, el S5PC110 permite a las aplicaciones en tiempo real como la navegación web y
dinámico interfaz de usuario para funcionar sin problemas y reaccionar con un rápido tiempo
de respuesta
.

Para proporcionar
un
optimiz
ado
rendimiento hardware

para el desempeño
de servicios
de comunicación
3.xG y 4G,
el
S5PC110 adopta la arquitectura interna de bus de 64 bits
, el bus
primario de datos (RAM) es de 64 bits, mientras que el secundario (ROM) es de 32 bits
. Esto
incluye mucho
s aceleradores de hardware de gran alcance para tareas como el procesamiento
de vídeo, control de pantalla y ampliación. Integra

Multi Format

Codec (MFC)
que
admite la
codificación y decodificación de MPEG2 / 4, H.263 y H.264
, VC1 y decodificación de
X
VID
.

Este
acelerador de hardwar
e (MFC) es compatible con video
conferencia en tiempo real y
televisión

analógica para NTSC / PAL y
con

modo HDMI para televisores de alta definición.

S5PC110 tiene una interfaz de memoria externa que es capaz de sostener grandes
anchos
de banda de memoria necesaria en los servicios de comunicaciones de alta gama. El sistema de
memoria
tiene puertos externos Flash
/ROM
para

acceso para
lelo y dos puertos DRAM para
a
nchos de banda

de alta. Cada controlador de DRAM es compatible

LPDDR1

(móvil DDR),
LPDDR2, o DDR2.
Los puertos
Flash/ROM soporta
n

Flash NAND, NOR Flash, OneNAND, SRAM y
ROM
como
tipo
s

de memoria
s

externa
s
.

Para reducir el costo total del sistema y mejorar la funcionalidad general, S5PC11
0 incluye
muchos periféricos
hardware
, tales como
un controlador LCD
TFT de 24 bits de color
verdadero,
una
interfaz de cámara, MIPI

DSI, MIPI CSI
-
2,
un administrador de
energía,
una
interfaz ATA, cuatro UART, 24 canales DMA, cuatro temporizadores,
puertos generales de
entrada/salida, tres

II
S
, S/
PDIF, tres interfa
ces IIC
-
BUS, dos HS
-
SPI, cuatro
SD

host y la interfaz
de tarjeta
multimedia de alta velocidad
.

Tarjeta de host USB 2.0 y dispositivos USB 2.0 de
funcionamiento a alta velocidad (480Mbps) con USB 2.0 PHY, respectivamente, y cuatro PLL

para la generación de reloj.


Ilustración
5
:
Arquitectura

S5PC110.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

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Este procesador se puede encontrar en el Smartphone Samsung Galaxy S cuya principal
característica es su pantalla AMOLED y la gran capacidad gráfica. Este
teléfono incorpora una
unidad de procesamiento gráfica PowerVR SGX540. A continuación se realiza una comp
a
rativa
con otras GPUs
incluidas

en smartphones según el número de millones de triángulos por
segundo (medida de procesamiento gráfico):



Nexus One
: Qua
lcomm QSD8×50 con Adreno 200 = 22 millones triángulos/segundo



iPhone 3G S
: Cortex
-
A8 (600 MHz) con PowerVR SGX535 = 28 millones
triángulos/segundo



Samsung Galaxy S
: S5PC110 con PowerVR SGX540 = 90 millones triángulos/segundo


Ilustración
6
: SMARTPHONE Samsung Galaxy S.

Otro Smartphone que en el futuro incorporará este microprocesador es el Nexus S de
Google.


APPLE A4

El Apple A4 es un sistema en chip que integra un
microprocesador

basado en la
arquitectura
ARM

y una
GPU

PowerVR 535 en un mismo encapsulado.

Aunque durante un tiempo se rumoreó que el chip había sido diseñado por
P.A. Semi
,
compañía que Apple había adquirido anteriormente, hoy día, estos rumores han sido
totalmente descartados
. Aunque Apple a
seguraba que había sido diseñado por su empresa en
realidad fue

desarrollado conjuntamente por
Intrinsity

y
Samsung
. Posteriormente, Intrinsity
fue adquirida en 2008 por
Apple Inc
, heredando naturalmente el diseño del chip. De hecho se
trata de una evoluc
ión del Samsung Hummingbird S5PC110 mencionado anteriormente.

Este dispositivo es utilizado en varios productos móviles de Apple, como el
iPad
, el
iPhone 4
, la cuarta generación de
iPod Touch

y la segunda generación de
Apple TV
. De

El chip A4 es un S
ystem on Chip, es decir, no solo es una
CPU
, sino también una
GPU

en un mismo encapsulado. Gracias a este procesador basado en Cortex A8, el iPhone puede
reproducir vídeos en alta definición y gracias a la
GPU

ejecutar juegos fluidamente y añadir
efectos g
ráficos a la interfaz.

Sin embargo, el Samsung Hummingbird presente en el
Samsung Galaxy S

o Samsung
Wave, integra la GPU PowerVR 540, que es entre 2 y 3 veces más rápida que la 535, como se
vio en una comparativa anterior.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

12



Ilustración
7
: Comparativa de chips del APPLE A4 y el S5PC110.

El Apple A4 ha demostrado ser realmente eficiente por ciclo de reloj frente a otras
opciones equivalentes del mercado. Al compararlo en una sencilla tarea para la que tanto iPad
como smartphon
es están específicamente preparados, la navegación web y teniendo como
rivales al

iPhone 3GS

y al terminal de Google,
Nexus One
, que monta un ARM Snapdragon a 1
GHz

los resultados se muestran a
continuación.


Ilustración
8
:
Tabla comparativa de tiempos de carga de páginas web.

Además de ser muy eficiente energéticamente hablando, ha demostrado que en una
sencilla

prueba de rendimiento
, midiendo tiempos de carga de distintas webs, en la gran
mayoría de casos saca una ventaja m
ás que evidente, recortando hasta a la mitad los

tiempos
de carga
. Hay que tener en cuenta que en cuanto a frecuencia de funcionamiento, comparte
con Nexus One la velocidad de

1 GHz
, por lo que la única diferencia está relacionada con la
arquitectura inter
na.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

13


SNAPDRAGON

Snapdragon es una plataforma
ARM

desarrollada por
Qualcomm

para dispositivos
móviles. Su diseño responde a las necesidades de uso de ordenador en tiempo real, en
cualquier lugar, y con una duración de batería equivalente a una jornada.

La pl
ataforma Snapdragon está diseñada para computación ubicua en tiempo real con
bajo consumo de energía. El núcleo del procesador Snapdragon se denomina Scorpion y es de
diseño propio de Qualcomm. Tiene muchas características similares a las del núcleo ARM
Co
rtex
-
A8, pero en teoría tiene un rendimiento mucho más alto para las operaciones SIMD
multimedia.


Todos los procesadores Snapdragon contienen los circuitos de decodificación de video
de alta definición (HD) de la resolución a 720p o 1080p, dependiend
o en el chipset
Snapdragon. Las unidades de procesamiento gráfico
Adreno,
integradas
en conjuntos de chips
Snapdragon (y algunos otros conjuntos de chips Qualcomm)
son

de
diseño propio de
Qualcomm, aprovechando los activos de la empresa adquirida de AMD.

Además,
la plataforma Snapdragon
lleva integrada conectividad universal
(CDMA2000/1xEvDo, HSDPA/HSUPA), así como Bluetooth, GPS, WiFi


(con Vo
z
Ip) y televisión.
A todo lo cual se suma el mínimo consumo de batería por la optimización de la CPU y del
procesa
dor DSP, lo cual permite distanciar considerablemente las recargas.

El ‘revolucionario’
nivel de integración, significa ventajas a la hora de diseñar, incluyendo reducción de costos,
menor tiempo de producció
n y terminales mucho más finas.
Por último, las
capacidades
multimedia son avanzadas en cuanto a dispositivos compatibles: pantallas XGS con LCDC,
cámara
s

hasta de 12 Mpx., codificador/decodificador WVGA, soluciones de audio vídeo
simultáneo como videollamada, televisión, videoteléfono, etc.; música MP3

y AAC+ mejorado.



Un ejemplo de Smartphone que utiliza esta plataforma es el Nexus One que tiene
integrado un
Snapdragon QSD8250 de 32 bits.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

14



OMAP

Texas Instruments OMAP (Open Multimedia Application Platform) es una categoría de
microprocesadores que tie
ne
n

capacidad para aplicaciones multimedia portátiles y móviles y
que es desarrollado por Texas Instruments. Muchos teléfonos móviles utilizan
microprocesadores de OMAP, incluyendo la mayor parte de la gama de Nokia N
-
series.
Algunos de los dispositivos qu
e utilizan OMAP son

el N90, N91, N92, N95, N82, E61, E62, E63,
E90, N900, Motorola Droid, Droid X, y Droid 2, y muchos otros dispositivos de Nokia y Samsung
(como el Nokia N800 y N810 Internet t
ablets
). El Palm Pre,
el

Pandora
Open
,
y
Motorola Droid
también utilizan un procesador OMA
P (el OMAP3430). Otros que utilizan un SoC OMAP son

el
Sony Ericsson Satio,
el

Sony Ericsson Vivaz, y el Samsung OMNIA HD. Algunos de los
procesadores de la familia OMAP contienen una arquitectura de doble núcleo que consi
ste en
un procesador ARM de uso general de acogida y uno o más DSP. El procesador digital de señal
que
aparece comúnmente
es
una variante de la DSP de Texas Instruments serie TMS320
.


El

primer dispositivo de TI OMAP

3

es

el procesador de aplicaciones mult
imedia
OMAP3430
que
ofrece hasta 3 veces la ganancia en el rendimiento de los procesadores
ARM11
. Es el

primer
procesador de la industria que se diseñó en una
tecnología
de 65
nanómetros
con proceso CMOS y
funciona a una frecuencia más alta que la generac
ión
anterior de procesadores OMAP
,

al tiempo que reduce el voltaje del núcleo y
añade

características de reducción de potencia.

Además es de las

primeras aplicaciones en la industria
que

integra
n el núcleo ARM
Cortex
-
A8. Combinado con la tecnología de TI

en el OMAP3430, el ARM Cortex
-
A8 permite
interfaces de usuario más rápido, acceso a datos más rápido y aplicaciones de productividad
y

entretenimiento en el teléfono móvil, manteniendo al mismo tiempo la eficiencia de energía
se esperan de un teléfono o d
ispositivo móvil.

Incorpora
IVA 2 + de segunda generación

que

permite multiestándar (MPEG4, H264,
Windows Media Video, RealVideo, etc)
,

codificar y decodificar vídeo en DVD y hasta 720p de
resolución. Con las capacidades multimedia avanzadas de la OMAP3430

un multiestándar con
calidad de DVD, videocámara y hasta 720p de calidad se puede añadir a un teléfono por
primera v
ez.
Además, la aceleración de

ARM de vectores en coma flotante, junto con el
acelerador de hardware dedicado OMAP3430 de gráficos 2D/3D, pr
oporciona una interfaz de
uso excepcional y capacidades de juego.

El procesador OMAP3430 in
cluye

PowerVR

Imagination Technologies SGX compatible
con OpenGL ES 2.0 y OpenVG
, que proporciona un rendimiento gráfico superior y funciones
avanzadas de interfaz

de usuario. TI
permite

imágenes sofisticad
as

y dinámic
as

con "pixel
es

inteligentes" a través de la tecnología OpenGL ES 2.0. Esta tecnología única permite q
ue cada
pixel en una imagen
se
program
e

de forma individual, dando a los desarrolladores de interfaz
de usuario y
de

juego
s

el poder de crear efectos ricos con el realismo cinematográfico.


Este procesador se utiliza en el Smartphone Nokia N900.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

15



Ilustración
9
: A
rquitectura OMAP 3430

Multiprocesadores multinúcleos

Actualmente la computación multinúcleo, es toda una realidad, los procesadores (CPU)
de escritorio ya migraron hace algunos años a este diseño que busca mejor eficiencia y
rendimiento de computo.
En la
actualidad

tenemos en el mercado procesadores de dos, tres,
cuatro y seis núcleos y los procesadores gráficos (GPU) también lo han hecho con cientos de
núcleos capaces de procesar grandes volúmenes de datos en poco tiempo, pero esta tendencia
se está exten
diendo al mercado de dispositivos móviles (handset) y teléfonos móviles de gama
alta basados en procesadores de arquitectura ARM.

Según ARM, la compañía que diseña estos microprocesadores, tal como en el mercado
de los procesadores de escritorio, que han m
igrado su arquitectura a diseños de doble y
cuádruple núcleo como lo más usual (también procesadores de 3 y 6 núcleos y a futuro incluso
12 núcleos dentro de lo excepcional), los procesadores ARM apuntan a esta misma tendencia,
de hecho
,

esto está más cerc
a de lo esperado debido al Cortex
-
A9 MPCore nombrado en
apartados anteriores.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

16



Ilustración
10
: Arquitectura Cortex A9 MPCore.

Lo anterior significa básicamente que los principales fabricantes de teléfonos de gama
alta como
Apple

(iPhone), Palm (PalmPre), Nokia, RIM (Blackberry) y otras compañías del
mercado, podrían eventualmente
actualizar

sus terminales con futuros modelos que utilicen
procesadores ARM de doble núcleo como el Cortex A9, tomando en cuenta que actualmente
es
tos dos fabricantes usan el modelo Cortex A8 de un núcleo. Este cambio significaría
potencialmente un incremento de rendimiento de estos dispositivos.

Esto es una natural progresión en el mercado de los teléfonos de alto rendimiento,
como el iPhone y PalmP
re y similares que cada día precisan de mayor potencia en virtud de las
tendencias actuales de uso de estos dispositivos, que ya no sólo sirven para hacer una simple
llamada, sino que ahora son capaces de realizar múltiples tareas (navegación por Internet,

reproducción de audio y video, ejecución de aplicaciones y juegos, etc.), por lo tanto
incorporara hardware potente es esencial para una buena experiencia de uso.

Por otro lado, lo primero que se nos viene a la mente cuando hablamos de incremento
de frecu
encia e incremento de núcleos en un procesador,
es el consumo
, un asunto
sumamente importante en el mercado de los dispositivos móviles, donde la autonomía es un
asunto crítico, de hecho los fabricantes exigen como máximo un consumo de 300 mW en este
tipo
de procesadores como regla de oro, de ahí la importancia de que estos procesadores
posean un consumo eficiente de energía.
Para ejemplificar este aspecto
, el procesador Atom
de Intel (aunque está destinado a otro mercado) tiene un consumo de 2.000 mW (2 W)

mucho
más de los 300 mW que exige la industria de los smarthphones
.

Ahora bien, volviendo al contexto, recordemos que el procesador ARM11 (412Mhz) del
iPhone de primera generación y el iPhon
e

3G está fabricado a 90nm, sin embargo, el Cortex A8
(600Mhz) qu
e utiliza el iPhone 3GS y PalmPre está fabricado en 65nm, esto claramente con el
objetivo de reducir el consumo en vi
rtud de las frecuencias.
ARM indica

que el Cortex A9 utiliza
un proceso de manufactura de 45nm, lo que como
se mencionó

en el pár
rafo prece
dente le
permite

mantener el consumo en cuotas aceptables, lo que repercut
e

directamente en un
menor consumo de energía y una mayor autonomía de la batería de estos dispositivos.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

17


En cuanto al rendimiento del actual procesador A8 contra el A9, teniendo en c
uenta
que la principal razón para un incremento de rendimiento es el diseño superscalar, que
básicamente significa que el procesador puede ejecutar dos
instrucciones

separadas por ciclo
de reloj, esto es la capacidad multihilo que podría ser incluso mayor
que el rendimiento que
obtiene el procesador Cortex A8 sobre el ARM11.

Una vez que
se ha hablado del consumo y
los núcleos, la siguiente interrogante es si el
software actual está diseñado para aprovechar arquitecturas ARM multinúcleos. El asunto es
simila
r al acaecido cuando los procesadores de escritorio de más de un núcleo comenzaron a
salir al mercado, en ese entonces, las aplicaciones que aprovechaban las capacidades multihilo
eran contadas
, así que los desarrolladores de aplicaciones, juegos y sistema
s debieron
trabajar

arduamente para sacar
partido

al potencial de estos procesadores con sus respectivas
aplicaciones, ahora el panorama es similar en el mercado de los teléfonos móviles.

Bueno, hasta aquí hemos hablado solamente del procesador,

pero otro

de los
aspectos sumamente importantes en un teléfono móvil de gama alta en la actualidad es el
sistema gráfico. Así, el próximo procesador OMAP 4 (
O
pen

M
edia
A
pplications

P
rocessor 4) de
Texas Ins
truments que también será multi
núcleo) ya que
se
basará en
el ARM Cortex A9 y el
subsistema gráfico entregará soporte para reproducción y grabación de video en alta
definición a 1080p, característica que podrán usar
los teléfonos que se basen en este SoC ,
además de resoluciones de pantalla más altas y la posibili
dad de tomar fotografías incluso a 20
mega píxeles a través de los respectivos módulos, algo por ahora impensado pero que a futuro
se ve totalmente factible según la documentación de TI

(Texas Instruments).

Además, del Cortex
-
A9 se debe contar con el nuevo modelo de ARM, el Cortex
-
A15,
que serán multiprocesadores de
dual core
o
quad core

(doble o cuádruple núcleo), y tendrán
frecuencias de hasta 2.5 Ghz.
Con el
procesador
Cortex A15
, ARM está introduciendo nuevas
tecnología que permiten la
virtualización

del hardware, así como la capacidad de alcanzar
hasta 1 Tera de memoria o capacidades mejoradas de corrección de errores. Al extender sus
funcionalidades e incrementar el
número de núcleos de procesador, se impulsa el rendimiento
de la línea de procesador Cortex y ARM consigue mantener la eficiencia energética que los
dispositivos móviles requieren para proporcionar el tiempo de batería que demandan los

us
uarios.

Ilustración
11
:

Arquitectura Cortex A15 MPCore.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

18



El bajo
consumo de energía y las
capacidades mejoradas del Cortex

A15 también
consiguen un mejor rendimiento de los servidores, introduciéndose así en el tradicional
ámbito de dominio de
Intel
,

aunque no estará disponible hasta 2012.



NVIDIA TEGRA


NVIDIA Tegra 2 es uno
de los

procesadores de móviles más avanzados

del mundo.
Incluye la primera CPU de doble núcleo del mercado de móviles para duplicar la velocidad de
navegación

en la web, la GPU NVIDIA GeForce

ULP (muy bajo consumo) para proporcionar
5
veces más velocidad de juego y el primer procesador de vídeo Full HD (1080p) del sector para
reproducir películas o realizar videollamadas con la máxima fluidez y calidad de imagen.

Sus
características fundamentales son:

-

CPU ARM Cortex
-
A9 de doble
núcleo
.

L
a primera CPU con doble núcleo del mercado
de móviles. Acelera la navegación en la web, los tiempos de respuesta y el rendimiento del
dispositivo en general. Es la primera CPU para móviles del mundo en admitir ejecución fuera
de orden, lo que sign
ifica más eficiencia de procesamiento y mejor experiencia de uso en
general.

-

GPU GeForce de muy bajo consumo (ULP)
. L
a tecnología de gráficos de NVIDIA
diseñada para aplicaciones de bajo consumo proporciona una magnífica calidad de
visualización en disp
ositivos móviles. La GPU GeForce ULP ofrece una extraordinaria velocidad
de juego 3D en el móvil e interfaces gráficas más ágiles y atractivas.

-

Procesador de reproducción de vídeo 1080p
. P
ermite reproducir vídeos con
resolución Full HD (1080p) en el disp
ositivo móvil. Ofrece reproducción de vídeo en alta
definición con altas frecuencias de cuadro y la posibilidad de ver vídeos Flash HD directamente
en la web sin agotar la batería.


Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

19


SAMSUNG ORION



Samsung Orion

es el nombre de los procesadores de doble nú
cleo, basados en
ARM

Cortex A9, que la empresa coreana ha desarrollado, por otra parte también están a las
GPU

Mali 400
, también diseño de
ARM
, que serán las elegidas para acompañar a los nuevos
procesadores.

Este conjunto representa el relevo generacional de los chipsets más potentes que
hay

ahora mismo en el mercado de telefonía móvil,
los Hummingbird

de Samsung, basados en
Cortex A8, con PowerVR en la parte gráfica.

Cabe

destacar que la
GPU

utilizada, Mali
-
4
00, no es el diseño más moderno que tiene
ARM
, pero cuenta con
cuatro núcleos

capaces de reproducir dos flujos de vídeo 1080p, uno
para la pantalla del dispositivo, y otro para una salida externa de vídeo.

El nuevo hardware es
cinco veces más potente en c
uestiones gráficas que el de un
Samsung Galaxy Tab

(Hummingbird), por poner un ejemplo, llegando a niveles más parecidos a
los de una Xbox 360 o una
PlayStation

3, que de un teléfono móvil actual.

Debido a sus cualidades gráficas se cree que será elegido
para integrarlo en el futuro
PlayStation

Phone

con sistema operativo
Android
.


OMAP 4

La plataforma
OMAP 4

de
Texas Instruments

tiene dos
cores

basados en la
arquitectura
Cortex
-
A9

de
ARM
, la misma que ha utilizado Samsung para crear
Orion
, aunque
tiene a
lguna diferencia significativa respecto al procesador coreano. La más notable es la GPU
integrada, que en el caso de
OMAP 4

es la
PowerVR SGX540
, incorporada en los procesadores
Hummingbird en los
Samsung Galaxy S
.
OMAP 4

se distribuirá en dos versiones:
OMAP4430
,
cuyos
cores

funcionan a
1 GHz

cada uno, y
OMAP4440
, con una velocidad de
1,5 GHz

para
cada
core
.


Al igual que Orion,
OMAP 4

estará fabricado en
45 nm
, con el objetivo de reducir lo
máximo posible el consumo de energía. En este sentido, cabe dest
acar también la inclusión de
la tecnología
SmartReflex 2
, que permite controlar de forma dinámica el voltaje, frecuencia y
energía empleada por los componentes del sistema en función de la actividad o la temperatura
que presenten.

En el terreno gráfico,
Te
xas Instruments

asegura que
OMAP 4

será capaz de ofrecer
soporte para casi cualquier aplicación de tecnología
3D

que
pueda aparecer
: juegos, interfaces
de usuario, reproducción de vídeos
FullHD

3D, grabación de vídeos 3D en alta definición…
Para
la grabaci
ón estereoscópica de imágenes, las características técnicas de la plataforma
especifican que
OMAP4430

podría procesar las imágenes captadas por 2 cámaras de hasta 12
megapíxel
e
s de forma simultánea, mientras que
OMAP4440

podría hacer lo mismo con 2
cámaras

de hasta 20 megapíxel
e
s.

Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

20


Texas Instruments

ha anunciado que
OMAP 4

está pensada para gobernar el cerebro
de los
smartphones
,

tablets

y dispositivos portátiles más exigentes. Según
Texas Instruments
,
ya están siendo fabricadas las primeras muestras de
OMP
4430

para ser distribuidas a sus
clientes, mientras que
OMAP4440

tendrá que esperar al primer trimestre de 2011.



Ilustración
12
: Arquitectura OMAP 4.

SNAPDRAGON

La gama de procesadores Snapdragon de Qualcomm deja atrás al procesador de 1GHz,
para lanzar el nuevo procesador Snapdragon de 1.2GHz y de doble núcleo, en concreto los
procesadores
MSM8360

y

MSM8660
.

Se trata de la tercera generación de estos procesadores
. En concreto este procesador
es capaz de dar soporte de gráficos 2D/3D, con aceleración OpenGL ES 2.0 y
OpenVG 1.1
,
siendo capaz de descodificar y codificar vídeo en una resolución de
1080p

y da soporte a
pantallas con una resolución máxima WXGA, que suel
e ser 1280×720 píxeles o 1280×800
píxeles en formato
16:10
.

Integra soporte para GPS, para redes HSPA+ y EV
-
DO (dependiendo
del procesador) por lo que va directamente dirigido a terminales como
smartphones

y también
a estas nuevas
tablets

que por fin apare
cen.


También Qualcomm está trabajando en el chip

Snapdragon 8X72
, será un dispositivo
de

doble núcleo

que funcionará a

1,5 GHz.


Como se ha tratado en el siguiente documento el futuro de los smartphones está en la
utilización de los microprocesadores mult
inúcleo para así poder mejorar sus prestaciones y
para poder ofrecer nuevas aplicaciones a los usuarios.




Microprocesadores en SMARTPHONES Evolución multinúcleos

21


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maxima
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el
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