Процессоры ARM Cortex-A15 MPCore

Встроенный мультимедийный процессор поддерживает наиболее важные видео- и аудиоформаты и предлагает аппаратное кодирование и декодирование видео 720p, H.264. Tegra 650 SoC также поддерживает декодирование 1080p H.264. Графический движок поддерживает шейдеры и другие графические функции, совместимые с OpenGL ES 2.0 и Direct3D Mobile. Из-за просчётов Nvidia в маркетинге эта разработка изначально не получила широкого распространения. Ограниченные возможности карманных медиаплееров не позволили Tegra полностью реализовать свой потенциал.Но следующая разработка Nvidia, Tegra 250 (Tegra 2), представленная на выставке ConsumerElectronicsShow (CES) 7 января 2010 года, оказалась гораздо более успешной и сделала компанию ведущим производителем систем на кристалле. Это была первая система на кристалле, в которой использовался двухъядерный процессор ARM Cortex-A9. SoCTegra 250 состоит из восьми основных строительных блоков (рис. 3). UniversalComputing оснащен двухъядерным процессором Cortex-A9 с тактовой частотой до 1,2 ГГц. Мультимедийный процессор позволяет кодировать и декодировать видео в формате H.264 с разрешением до 1080p при высоком битрейте и низком энергопотреблении. Движок обработки изображений поддерживает обработку изображений сенсоров до 12 Мп и обеспечивает типичные для камеры функции — автофокус, автоматический баланс белого и др. Графическое ядро GeForce аналогично используемому в Tegra первого поколения, но за счет увеличенной частоты и поддержки для памяти LPDDR2 производительность в 2-3 раза выше. Отдельное ядро ARM7 управляет потоками данных, системными ресурсами и энергопотреблением.Таблица 5. «Характеристики некоторых SOC с процессорами ARM»Для достижения максимальной экономии энергии устройства, которые не используются, выключаются, что обеспечивает очень низкое потребление (около 1 Вт при полной нагрузке), а также значительно снижает тепловыделение.Признавая перспективность разработки собственных систем на чипе, Nvidia сделала работу над Tegra одним из своих приоритетов. Рис 2.5«Семейство Cortex в сравнениис классическими процессорами»Сегодня платформу Tegra 250 используют многие известные производители мобильной электроники (LG, Samsung, Motorola, ASUS, Acer, Toshiba и др.). Тем не менее, Nvidia — новичок на рынке систем на-чипе, хотя и весьма успешный. Присоединившись к конкурсу, компании, производящие мобильные SOC на ядрах ARM, также приступили к разработке маломощных двухъядерных систем на кристалле (табл. 5). Qualcomm совершенствует платформу Snapdragon и (в отличие от Tegra) делает акцент не на мультимедиа, а на коммуникационных возможностях. Строго говоря, процессоры, используемые в Snapdragon SOC, не являются процессорами ARM. Qualcomm разработала собственное ядро Scorpion на основе архитектуры Cortex-A8. Платформы Snapdragon имеют встроенные модули GSM/3G или CDMA, WiFi, Bluetooth, GPS, а также поддержку цифрового ТВ. Компания Samsung, производитель мобильного чипсета Hummingbird, представила новую платформу на базе двухъядерного процессора Cortex-A9 под названием Exynos. Apple не раскрывает подробностей об архитектуре своих процессоров, но известно, что они похожи на процессоры Samsung [6]. TexasInstruments также выпустила двухъядерную SOC Cortex-A9, OMAP4430. 2.3 Перспективы развитияДаже если процессоры на базе архитектуры x86 в настоящее время используются на практике гораздо чаще, чем процессоры на ядрах Cortex, вопрос их «соперничества» на рынке не так прост, как может показаться на первый взгляд. По прогнозам экспертов, доли ARM и x86-совместимых чипов на рынке мобильных компьютеров выровняются. А в будущем решения с архитектурой ARM полностью заменят традиционные процессоры x86.В 2010 г., как ожидается, должен был начаться переход от портативных устройств и мобильных компьютеров к многоядерным процессорам, а к 2013 г., по прогнозам аналитиков, -88% всех гаджетов, мини-ноутбуков и карманных электронных помощников должны быть оснащены многоядерные процессоры. Речь идет, в частности, о процессорах Cortex A5 MPcore с количеством ядер от одного до четырех.Серверные решения являются важнейшим направлением развития процессоров наряду с мобильными устройствами, и ARM возлагает большие надежды на использование четырехъядерных процессоров Cortex A15 MPcore (Eagle) с частотой до 2,5 ГГц в энергоэффективных серверах. Кроме того, Cortex-A15 способен работать под управлением операционных систем на базе Linux, которые активно используются на рынке серверов. Реакция ARM на технологический прогресс Intel с помощью ядра Eagle повысит конкурентоспособность ARM на рынке серверов с низким энергопотреблением. А с учетом того, что лидер рынка виртуализации серверов, десктопов и т. д. — VMware — обещает разработать программные средства гипервизора, позволяющие реализовать преимущества процессорных ядер Cortex-A, возможность внедрения процессорных ядер ARM в серверную сферу должна являются проблемой для Intel, которая, в свою очередь, пытается выйти на рынок мобильных устройств со своими чипами Atom. В то же время, в связи с разработкой ПО гипервизора для мобильных и встраиваемых устройств другими компаниями, ARM не намерена отказываться от разработки процессорных ядер. Поэтому из соображений безопасности или для использования разных инструментов для решения разных задач могут появиться смартфоны, работающие на разных операционных системах одновременно. Реализации задачи по выводу ARM Holdins на рынок серверов, несомненно, будет способствовать увеличение количества процессоров. По данным интернет-ресурсаComputerWorld [19], ARM может объявить о планах по выпуску 64-битных процессоров в ближайшие недели. Вполне возможно, что Cortex-A15 на самом деле поддерживает 64-битные вычисления, и ARM просто не раскрыла все карты во время анонса этого ядра. Если это предположение верно, компания может предложить своим партнерам на выбор лицензировать полную 64-битную версию или ограниченную 32-битную версию Cortex-A15 для конкретных реализаций.2.4 Технические характеристики Cortex-A15Cortex-A15 — высокопроизводительный процессор, реализующий архитектуру ARMv7-A. Cortex-A15 имеет доказанный успех: поставки превысили 50 миллионов единиц для различных смартфонов и инфраструктурных приложений. Кластер процессоров имеет от одного до четырех ядер. Каждое ядро имеет свой собственный кэш инструкций и данных L1, а также один общий унифицированный кэш L2.ARM заявила, что ядро Cortex-A15 на 40 процентов мощнее ядра Cortex-A9 с таким же количеством ядер при той же скорости. Первые модели A15 были выпущены осенью 2011 года, но продукты на базе чипа не выпускались до 2012 года. Ключевые особенности ядра Cortex-A15:40-битные расширения больших физических адресов (LPAE), которые адресуют до 1 TBA в ОЗУ. В соответствии с расширением физического адреса x86 виртуальное адресное пространство остается 32-битным. 15-этапный целочисленный конвейер / 17–25-этапный конвейер с плавающей запятой со спекулятивной проблемой неупорядоченности Суперскалярный трехсторонний конвейер выполнения 4 ядра на кластер, до 2 кластеров на чип с CoreLink 400 (CCI-400, когерентное межсоединение AMBA-4) и 4 кластера на чип с CCN-504. [12] ARM предоставляет спецификации, но лицензиаты разрабатывают микросхемы ARM индивидуально, и AMBA-4 масштабируется до более чем 2 кластеров. Теоретический предел — 16 кластеров; 4 бита используются для кодирования номера CLUSTERID в регистре CP15 (биты с 8 по 11). Встроенные расширения DSP и NEON SIMD (на ядро)Встроенный модуль с плавающей запятой VFPv4 (на ядро)Поддержка аппаратной виртуализацииКодирование набора инструкций Thumb-2 для уменьшения размера программ с минимальным влиянием на производительность.Расширения безопасности TrustZoneJazelle RCT для компиляции JITTraceMacrocell и CoreSightDesignKit для незаметного отслеживания инструкций32 КБ данных + 32 КБ кэша инструкций L1 на ядроВстроенный контроллер кэш-памяти L2 с малой задержкой, до 4 МБ на кластерИнформация о Cortex-A15.Архитектура Armv7-AМногоядерный 1-4x Симметричная многопроцессорная обработка (SMP) в одном процессорном кластере и несколько когерентных процессорных кластеров SMP с помощью технологии AMBA 4 ACE. Совместимость с CCI-400 для двух кластеров, CCI-504 для четырех кластеров и большим кэшем уровня 3 для оптимальной производительности.Поддержка ISA:Armv7-AБольшой палец-2Технология безопасности TrustZoneNeonAdvanced SIMDDSP и SIMD расширенияVFPv4 с плавающей запятойПоддержка аппаратной виртуализацииБольшие расширения физического адреса (LPAE)Целочисленное делениеСплавленный MACИнструкции по отладке гипервизораБлок управления памятью (MMU)Блок управления памятью Armv7Отладка и трассировкаCoreSightХарактеристики15-ступенчатый конвейерОдноядерная конфигурацияМАЛО технологии в паре с Cortex-A7Реализован в одноядерной или многоядерной конфигурацииЗаключениеВнедрение и широкое использование средств вычислительной техники является одним из главных факторов ускорения научно-технического прогресса в нашей стране. Стремительно возрастает роль ЭВМ во всех областях человеческой деятельности. Без использования быстродействующих ЭВМ в настоящее время немыслима работа большинства предприятий. А повышение быстродействия ЭВМ в значительной мере зависит от повышения быстродействия входящего в её состав микропроцессора.Темпы научно-технического прогресса, усиление роли науки в значительной степени определяются качеством средств вычислительной техники и их программным обеспечением. Именно развитие этих средств обеспечивает успехи в автоматизации производственных процессов, в разработке новых технологий, в повышении эффективности труда и управления, в совершен­ствовании системы образования и в ускорении подготовки кадров.Список литературы1. http://arm.com/products/processors/index.php2. Козлов-Кононов Д. Процессорные ядра семейства Cortex. Сочетание высокой производительности и низкого энергопотребления. – Электроника: НТБ, 2010, №8, c.16–24. 3. http://www.youtube.com/watch?v=W4W6lVQl3QA4. http://www.brightsideofnews.com/news/2011/5/19/ the-coming-war-arm-versus-x86.aspx 5. Katie Roberts-Hoffman, Pawankumar Hedge. ARM Cortex-A8 vs. Intel Atom: Architectural and Benchmark Comparisons – University of Texas at Dallas, EE6304 Computer Architecture Course Project, Fall 2009. 6. http://arstechnica.com/apple/news/2010/06/an-evencloser-look-at-apples-a4-shows-evolutionary-design.ars7. http://www.engadget.com/2011/02/15/nvidiaannounces-quad-core-kal-el-soc-promises-it-intablets-by/8. http://www.ilsistemista.net/index.php/hardwareanalysis/10-published-kal-el-performance-is-nvidia-soctruly-faster-than-a-core2-.html9. http://www.tgdaily.com/hardware-features/55449- arm-targets-x86-architecture-with-cortex-a1510. http://www.theregister.co.uk/2011/03/23/nvidia_arm_ strategy 11. http://www.nstor.ru/ru/news/company/2011-03-11/ arm.html 12. http://arstechnica.com/microsoft/news/2011/01/ windows-8-to-come-in-arm-soc-fla13.Офицальный сайт Cortex-A15–[Режим доступа] -https://translated.turbopages.org/ proxy_u/en-ru.ru.340a3615-6287b822-ae047288-74722d776562/https/developer.arm.com/Processors/Cortex-A15#Technical-Specifications