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鈴の音情報局blog

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2012年のスマートフォン/タブレットのプロセッサはどうなる

まずは記事のネタ集めにと去年の暮れぐらいから集めていた色んな記事のリンクから。


【プロセッサ全般】

こんなにすごい、2012年のスマートフォン/タブレットのプロセッサ

第5回 スマホ/タブレットのプロセッサはどこに向かうのか?

第8回 低消費電力のCortex-A7、100米ドル以下スマホ実現の可能性も

第7回 64ビット化するARMプロセッサ、搭載製品の登場は2015年頃

第2回 Windows 8でタブレットとプロセッサはどう変わる


【個別プロセッサ関連】

Qualcomm,「Snapdragon S4 Pro」を発表。既存モデルよりGPU性能が向上し,OpenCLも利用可能に

クアルコム、Snapdragon S4「Pro」プロセッサーを発表

クアルコム、デュアルコアとクアッドコアのSnapdragon S4で非同期動作をデモ from WirelessWire News

Qualcomm、28nmプロセスの新CPU”Krait”を搭載するSnapdragon S4のホワイトペーパーを公開

Qualcomm Snapdragon S4 MSM8960の性能が明らかに

Snapdragon「MSM8930」、「MSM8960」、「APQ8064」を正式発表(更新)

Qualcomm Snapdragonのロードマップがリーク

“非同期”がSnapdragonの強み、最新「Snapdragon S4」のデモも実施――Qualcomm

TI、2コアCortex-A15のOMAP 5をデモ。4コアA9にHTML5ベンチで圧勝

日本TI、モバイルの概念を一変させる高性能、高機能のOMAP™5プラットフォームを発表

第6回 NVIDIAのTegra 3はクアッドコア搭載、新たな省電力機構も採用

ルネサス、28nm採用の1チップLTEスマートフォンプラットフォームを発表

クアッドコアスマホの一番乗り? Tegra 3搭載製品を俯瞰した

Samsung、初のARM Cortex-A15プロセッサ「Exynos 5250」

インテル、スマホ向け新チップやZTEとの提携を発表

急ピッチで工場を改修し、モバイル市場への本格参入をもくろむインテルの次なる一手とは


【端末関連】

クアッドコア・タブレットなんて目じゃない?――富士通がクアッドコア・スマホを披露




スマートホン関連のプロセッサの記事を見つかっただけ集めてみた。
ざっくりなので実際にはもっと沢山有る。

勿論今後のクアッドコアや2012年全般のプロセッサに関する記事が一番多い。
これから今年中に出てくるプロセッサ個別の記事も含めて。

しかしその中で異色の記事も有った。
ARMコアのCortex-A7アーキテクチャーに関する記事。

性能はCortex-A8に近く、電力はCortex-A5レベルだ。
Cortex-A7は安価端末や小型端末等にはなくてはならないコアアーキテクチャーに
成長しそうに思われます。記事では100米ドル以下の価格帯のスマホも
実現する可能性にもARM社が言及しているとなっています。

マルチコアで1コア辺りのクロックを下げることが出来るようになった事により、コア設計から
バッテリーの容量削減等、色んな部分でのコストダウンが見込めるようになったことが理由です。
2013年以降にはCortex-A7デュアルコアで100米ドルを割るスマートホンが登場するかも知れません。
日本円だと1万円を十分に割るレベルですね。その内輸入物の怪しげなスマホ以外でも正規価格で
1万円を割る値札がつくようになるのかもしれません。

Cortex-A7向けのARMv7アーキテクチャのプレゼン資料のパイプラインの図を見る限り、
非常に簡素なパイプライン構造になっている。
通常のRISCプロセッサならFetch,Decode,Issueの前段階とその次の実際の処理部を
含めて12段とかそれ以上の細かいステージに分かれている。そうして一つ辺りの
処理時間を極限まで短く細切れにして高クロックに耐えるCPUを作っている。
なのでCortex-A7はクロック耐性を低くし、安価に作ることを目的としていることが
このブロック図からも見て取れる。その割にはといっては何ですが、SIMD命令関連の
NEONに奢っているステージが他に比べて異様に多いので、SIMDにはやはりそれなりに
力を割いていることが分かります。

ARMのNEONの説明のページより引用
>ARM® NEON™汎用 SIMDエンジンは、現在および将来のマルチメディア フォーマットを
>効率的に処理し、より高度なユーザ エクスペリエンスを提供します。
>NEONテクノロジは、ビデオ エンコード/デコード、2D/3Dグラフィックス、ゲーム、
>オーディオ/スピーチ処理、画像処理、テレフォニ、サウンド合成などのマルチメディア/
>信号処理アルゴリズムを、ARMv5の性能の3倍以上、ARMv6 SIMDの2倍以上に高速化します。

今後スマートホンやタブレット端末で力を入れるべきところをこのNEONが支えることに
なるので力の入れようが大きいことが納得できます。


Cortex-A7はCortex-A15と共に仮想環境支援機能を持っており、Windows8への採用に
向けたプロセッサでも有ります。非常に強力 or 省電力な次期プロセッサ向けの
アーキテクチャーになっており、単に安価で省電力のCPUというわけでは決して有りません。

Cortex-A7はCortex-A15で動作するプログラムをそのまま動作させることが出来ます。
その目的はCortex-A15のマルチコアプロセッサ内にCortex-A7のコアを搭載し、
高負荷時はCortex-A15コアで動作し、低負荷時はCortex-A7に切り替えて省電力にする為です。


今後のメインフレームはなんと言ってもCortex-A15を積んだプロセッサ。
勿論多くの記事はそちらに焦点を絞っています。
私も勿論そちらを主体に記事を書いていきたいと思います。

Cortex-A15を積んだプロセッサの発表が相次いでいます。
2012年に出る可能性の高いプロセッサは以下のものがある模様。
これ以外に可能性が有るとすればiPhone/iPad向けのA6(?)ぐらいでしょうか。

・クアルコムのSnapdragon S4 Pro/デュアルコア2GHz(?)(2012年後半に搭載製品の出荷)
・TIのOMAP 5/デュアルコア2GHz(更にCortex-M4×2)(2012年の年末~2013年に採用製品が登場予定)
・サムスンのExynos 5250/デュアルコア2GHz(2012年第2四半期に量産開始予定)
・ルネサスのMP5232/デュアルコア1.5GHz(量産は2012年第3四半期開始予定)
・NVIDIAの次期Tegra4/不明(不明)

共にデュアルプロセッサで2GHz帯レベルのプロセッサとなっている。
Cortex-A9からCortex-A15になったことだけでも速度アップが期待できます。
40nmから28nmと一世代進んだプロセスルールで作られるので更に省電力&高速動作が期待
できるのではないかと思われます。

このクラスからどのチップもLTEを意識した製品になっている。
このクラスになると高速通信でデータが流れてくることが前提にしたCPUパワーということなのでしょう。


またTEGRA3辺りを皮切りに、各社は様々な省電力や熱対策を含めた新しい設計を始めています。
例えばTEGRA3だと名目は4コアですが、実際にはこっそりと省電力でローパワーな5コア目が
搭載されており、負荷が小さい時はその省電力向けの「コンパニオンコア」に制御が移る。
これはOSからは見えないところで行われる。

動画や音楽再生時も専用回路が積まれており、動画再生時なども負荷が下がって
コンパニオンコアが動作する。そうなると電池の持ちが非常に良くなるというわけです。
動画や音声再生時はNVIDIA発表のベンチ上の値ですがTEGRA2よりも確実に使用電力が
少ないという結果になっています。


更に、64bit版であるARMv8アーキテクチャーの基本的なことが以下のPDFで確認できる。

ARMv8 Architecture Technical Preview (300Kb PDF)

そこで面白いものを見つけた。
簡易的なメモリマップだ。



0x0......FFって・・・ww(赤枠で囲んだ部分)
アドレス幅を考えれば分かり切っている事ですが、実際にメモリマップで見ると衝撃は大きいです。

元々Z80や8086でゴリゴリとアセンブラで組んでいた頃に眺めていたメモリマップやIOポートの
データシートを思い返すと、この桁数には笑いが起きるばかりです。
よくよく見覚え有るものでもeaxやebx等の0FFFFFFFFFFFFhとこの半分なんですよね。
インテルな方にはmov esi,00000a800h辺り、モトローラな人向けにはmove.l D0,$FFFF0000とかですかね。
ザイロガーな方にはLD HL,0F3C8hがヒットか・・・ww

え?C言語?
そんな無粋な簡易アセンブラな言語は使いませんよ。(嘘です、一杯お世話になりました)

このメモリマップを見ると分かるとおり、基本的なメモリの使い方はPC/ATやMacintosh、
PC-9801、X68000、FM-R(TOWNS)等の古のパソコンと対して変わらないレイアウトになっています。

基本的にはロー側にはメインRAM、ハイ側にはシステムROMが置かれています。
アドレス空間が広がったので今は各デバイスはメモリマップドIOで繋がれる事が多いので
カメラやサウンド関係、3Gや4Gのモデム、LED等の表示デバイスのVRAMはシステムの手前に
ほぼ配置されているのではないかと思われます。
詳しくは各メディアプロセッサや端末毎のデータシート見ないと分かりませんが、
恐らく16~32bitの頃から慣例的に行われてきた構成をわざわざ変える必要もない部分でしょう。

ものすごく話は逸れますが、技術関連のことに対して脱線しついでにAndroidの内部構造にも
触れておこうと思います。

Teck-Onの記事にDalvikVMの仮想マシンのエミュレーターのgoldfishのメモリ・マップが載っている。
これが何らかのOS上で起動されるのが前提なのでSYSTEM ROMは必要ないので省かれた構造に
なっているようです。カーネルやDalvikVMを含んでAndroidは前の方の96MBのメインメモリ上に
ロードされて実行されることになります。ハイ側は完全にメモリマップドIOとして確保されているようです。

同じくTeck-Onの記事にDalvikVMで動作するバイナリファイルの逆アセンブルのコードを乗せていますが、
これを見る限りではDalvikVMでは汎用レジスタは16本。
2バイトと6バイトの命令が連なっていることを見るとCISC構造だということが分かります。
素っ気無いニーモニックを見慣れている私からするとこれはアセンブラというよりも
半分高級言語っぽく見えています。アセンブラぽくない。
インストラクションコード表とニーモニックの一覧が有ればAndroidのアプリがアセンブラで書けます。
でもそんな面倒なことはしないで素直にJavaで組んだ方が100倍楽ですが。

脱線ついでにプログラム目線寄りの事も書いてみました。




適当に上記記事から性能等が分かる所を引用してみます。

>MSM8960を搭載したMDPのスコアは、Snapdragon S3のMSM8660を搭載したMDPよりも1.9倍高く、
>TI OMAP 4460 1.2GHzを搭載したGalaxy Nexusより2.2倍高いことが分かります。


>Tegraシリーズは、音楽やビデオの再生専用プロセッサを実装している。そのため、
>例えば動画再生時もCPUの負荷が極端に低くなる。このような場合も、低消費電力の
>コンパニオンコアだけで動作できる。Tegra 3はTegra 2よりもコア数は増え、
>最大クロック周波数も高くなっているが、Variable SMPによって従来より消費電力を
>小さくすることが可能になった。NVIDIAの資料によれば、単純なWebページの閲覧で、
>Tegra 2の70%、ビデオの再生では、61%の消費電力で動作が可能になるという(写真6)。
>
>Tegra 3ではほかにも強化された点がある。GPUやビデオプロセッサの性能だ。
>GPUコアは、内部の演算機構を12コア化した「GeForce GPU」を採用し、同社によると
>Tegra 2の3倍の性能があるとしている。他社のGPUと比較しても、高性能であり、
>ゲームなどで従来はできなかったような表現が可能になるという。また、GPUが強化
>されたことで、ゲームアプリケーションの実行時でもCPU負荷が下がる。そのため、
>アイドル時などは前述のVariable SMPの効果が出るという。
>
>更にロードマップを見ると、今年はTEGRA4に相当するWAYNEが出ることになっている。


まだ28nmの製造プロセスルールが始まったばかりですが、今後は22nm、14nmと更に微細化された
製造プロセスが登場します。そこで乗ってくるのは今までのARMv7ではなくARMv8命令セット。

ARMv8は現行のCortex-A9~Cortex-A15の命令セットとなっているCortex-A9の64bit向け命令セットと
なっている。OSの仮想化技術にも対応し、例えば仕事の時はではビジネス向けのOSを立ち上げておき、
プライベートでは個人向けのOSと一台の端末で切り替えが比較的容易に出来るようになる。

プライベートはオープンな設定で、LINE等もインストールすることも有るかもしれない。
ビジネス向けではVPNで社内に接続をするようにしておけば一台で全てを賄えるようになり、
「あの情報が今欲しいけど手元に端末がない」ということも避けられるようになる。
勿論その分一台の端末がより重要なものになっていくわけですが。


但しARMv8でスマートホンのCPUが64bit化されるのは2016年に以降になるのではないか
とも記されています。となるとCortex-A15やCortex-A7からもう1~2世代は32bitの
新しい32bitコアアーキテクチャーが出てくる可能性が考えられます。

スマートホンやタブレットは高解像度化は進んでいますが、CPUの64bit化はまだまだ
先だと思ったほうがいいかも知れません。



以上、2012年のCPU状況について思いつくまま適当に書きたい事を纏めてみました。
関連記事
  1. 2012/03/26(月) 19:35:25|
  2. 携帯
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まとめteみた.【2012年のスマートフォン/タブレットのプロセッサはどうなる】

まずは記事のネタ集めにと去年の暮れぐらいから集めていた色んな記事のリンクから。【プロセッサ全般】・こんなにすごい、2012年のスマートフォン/タブレットのプロセッサ・第5回 スマホ/タブレットのプロセッサはどこに向かうのか?・第8回 低消費電力のCortex-A7、1...
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