應用於多媒體行動設備的多核心系統晶片設計趨勢 曾紹崟 資訊與通訊研究所 中華民國 100 年 8 月 11 日
NTT docomo Vision 2020 投影式顯示 / 軟性電子 穿透式顯示 3D 顯示 無線 / 行動通訊 線上同步口譯 資料來源 :NTT docomo, 通推小組整理,2011/3 2 page 2
TI: 未來的手機為整合生活 工作工作 娛樂於一身的裝置 資料來源 : TI, 通推小組整理,2011/3 3
受歡迎的應用程式 資料來源 : http://blog.nielsen.com/nielsenwire/online_mobile/games-most-popular-mobile-app-category,2011/07 4
受歡迎的應用程式 5
主要處理器業者產品分析 6
TI 應用處理器發展藍圖 晶片上市時間 34x0 36x0 4430 4440 5430 5432 目前目前 1Q 11 NA 3Q 12 3Q 12 時脈 (Hz) 600M 720M~1.2G 1G 1.5G 2G/core 2G/core ARM CPU 核心 Cortex-A8 Cortex-A8 Cortex-A9 Dual Core Cortex-A9 Dual Core Cortex-A15 Cortex-M4 Quad Core Cortex-A15 Cortex-M4 Quad Core GPU 核心 PowerVR SGX530 PowerVR SGX530 PowerVR SGX540 PowerVR SGX540 PowerVR SGX544MP PowerVR SGX544MP 製程 65nm 45nm 45nm 45nm 28nm 28nm 終端產品 Moto Droid Palm Pre Nokia N900 Moto Droid Pro Palm Pre 2 三星 i9003 RIM Playbook LG Optimus 3D --- 智慧型手機 平板電腦等較大型裝置 資料來源 :TI, 通推小組整理,2011/3 7
TI OMAP5430 Designed 採用雙 ARM to drive Cortex Smartphones, A-15 核心, Tablets 包含 1 顆多核心 and other PowerVR multimedia-rich SGX 544 繪 mobile 圖器 1 devices 顆影像加速器 2 顆 Cortex-M4 媒體控制處理器等 8
Freescale 處理器產品線 Cortex A9 i.mx6 1.2GHz/core Solo/Dual/Quad Cortex A8 i.mx51 800MHz i.mx53 1+ GHz i.mx50 800MHz ARM11 i.mx31 532MHz i.mx35 532MHz ARM9 i.mx27 400MHz i.mx25 400MHz i.mx233 450MHz i.mx28 454MHz 2009 2010 2011 2012 資料來源 :Freescale, 通推小組整理,2011/4 page 9
Freescale i.mx6 i.mx6 以 ARM Cortex-A9 架構為核心, 每顆核心時脈可達 1.2GHz, 強調可支援 3D 影像感應 2D/3D 繪圖 遊戲視訊, 以及可達 24 小時的 1080p 高畫質影像播放 i.mx6 也特別強調可以硬體支援 VP8 編解碼器的能力 資料來源 : http://www.bdti.com/insidedsp/2011/01/26/freescale 10
Qualcomm Snapdragon Roadmap 資料來源 :Qualcomm, 通推小組整理,2011/3 11
Qualcomm APQ8064 Qualcomm 的四核心 APQ 8064 搭配擁有 4 個 3D 核心的繪圖 Adreno 320; 12
Nvidia Tegra Roadmap 13
nvidia Kal-El 支援 12 個繪圖引擎 Tegra 3 (Kal-El) series Processor: Quad-core ARM Cortex-A9 MPCore, up to 1.5 GHz 12-Core Nvidia GPU with support for 3D stereo Ultra Low Power GPU mode 40 nm by TSMC Video output up to 2560x1600 NEON instruction sets from ARM 1080p H.264 High Profile video decode The Kal-El chip (CPU and GPU) is to be about 5 times faster than Tegra 2 To be released in Q3 2011 for tablets and Q1 2012 for phones http://en.wikipedia.org/wiki/nvidia_tegra 14
Samsung Exynos Exynos 4210 是以 ARM 的 Cortex-A9 核心為基礎, 採用 45 奈米製程, 個別處理效能為 1GHz, 繪圖晶片則從 Imagination 改投向 ARM 的 Mali 懷抱 Exynos 4210 可支援播放 1080p 高畫質功能 3D 繪圖效能和 HDMI 輸出 15
Apple 處理器產品 型號 Apple A4 Apple A5 Die 尺寸 7.3 x 7.3 = 53.3mm2 12.1 x 10.1 = 122.2mm2 Die 標識 APL0398B01 APL0498E01 封裝尺寸 14.1 x 14.1 = 198.8mm2 16.7 x 14.3 = 238.8mm2 CPU ARM Cortex A8 Dual-coreARM Cortex-A9 MPCore GPU PowerVR SGX 535 Dual-core PowerVR SGX543MP2 時鐘頻率 1GHz 890MHz 到 1GHz 可變 DRAM 256MB LP-DDR 512MB LP-DDR2 16
小結 17
各大廠對於未來發展的整理 通訊 無線 / 行動寬頻 近端通訊 多媒體 HD/3D video capture & playback 擴增實境擴增實境 Telepresence 顯示 HD 3D 薄型化薄型化 輕量化輕量化 低耗電低耗電 可撓式可撓式 投影 感測 手勢辨識 環境感知環境感知 除噪技術除噪技術 生理訊號偵測 軟體 同步口譯 手勢辨識手勢辨識 雲端管理雲端管理 影像辨識 資料來源 : 通推小組,2011/3 18
處處支出達1-4 個核目前視訊方面已可ARM MIPS 可括算算時時脈脈 目目前前核已已等支前視訊方面已可ARM MIPS 可括理 器核心等業者包理器核心業者包 負負SGX Nvidia 的 的GeForce 等等 目目現可支像素相可支度 每度 每像素相機前前可可支支解解碼碼處處理理,,以以前前上上每每個個秒秒多多可可邊邊處處技術包技術包析析責Video Audio 的編責Video Audio 的編從架構來看應用處理器所涉及的功能 運算功能 HDMI 援援輸輸視訊硬體加速器 800MHz~1.5GHz 出達達 輸出功能 1-4 運運達個心心處理器核心 (Core) 處理器核心 其他介面, 如 Baseband 外部 I/O 等 Display controller 目(Codec /HW accelerator) 2D/3D 圖形加速器 Graphics accelerator (Image processor) Memory controller 現機基頻 / 數據機 多媒體功能 即GPU MPEG-4 H.264 VC-1 目目 等等如如 1080p 援援解解30~60frames 秒秒 圖形處理功能 1,600~2,000 援援萬萬 GPU 影像處理器 2,000 萬萬即 形形理理Imagination PowerVR 的的括括 影像處理功能 資料來源 :Nikkei Electronics,DIGITIMES 整理,2009/9 19
未來的智慧型手持裝置重要功能 多媒體處理能力 2007~8 2009~10 2011~12 外接顯示器解析度 VGA XGA WUXGA+HDMI 錄影能力 VGA/30 fps fps 720p/30 fps fps 1080p/30 fps fps 3D 繪圖處理 200 200 萬三角形 / 秒 / OpenGL ES ES 1.1 1.1 1,000 萬 + 三角形 / 秒 / OpenGL ES ES 2.0 2.0 2,000 萬 + 三角形 / 秒 / OpenGL ES ES 2.0 2.0 相機圖形支援 300~500 萬像素 800~1,200 萬像素 1,600~2,000 萬像素 聲音播放 15 15 小時小時 40 40 小時小時 140 140 小時小時 資料來源 :In-Stat,DIGITIMES 整理,2009/9 20
真的需要多核心處理器嗎? 21
真的需要多核心處理器嗎? 1. 在行動裝置市場, 性能並非一切 2. 智慧型手機與平板機不可能無限制追求多核心處理器 3. 智慧型手機與平板機的處理平台解決方案將逐漸分道揚鑣 資料來源 : 拓樸產業研究所, 智慧型手機與平板機真的需要四核心處理器嗎?,2011/3/3 22
nvidia 的觀點 Faster Web page load times Lower power consumption and higher performance per watt Higher quality game play experience for advanced console Highly responsive and smooth Faster multitasking 資料來源 : nvidia Whitepaper, The Benefits of Multiple CPU Cores in Mobile Devices 23
Faster Web page load times nvidia 的觀點 資料來源 : nvidia Whitepaper, The Benefits of Multiple CPU Cores in Mobile Devices 24
Faster Web page load times nvidia 的觀點 資料來源 : nvidia Whitepaper, The Benefits of Multiple CPU Cores in Mobile Devices 25
nvidia 的觀點 Lower Power consumption and higher performance per watt 資料來源 : nvidia Whitepaper, The Benefits of Multiple CPU Cores in Mobile Devices 26
nvidia 的觀點 Faster Multitasking -- Task Level Parallelism on Frostbite Game Engine 資料來源 : nvidia Whitepaper, The Benefits of Multiple CPU Cores in Mobile Devices 27
Do the Same With Less Power ARM 的觀點 資料來源 : Mobile Computing: Real Devices, Real Market, Real Opportunity, Asia Techcon 2010, Bob Morris, Director of Mobile Computing 28
ARM 的觀點 資料來源 : Mobile Computing: Real Devices, Real Market, Real Opportunity, Asia Techcon 2010, Bob Morris, Director of Mobile Computing 29
真的需要多核心處理器嗎? 由 2D 繪圖系統進而 3D 繪圖系統 WVGA(800X480) WXGA(1280 768) (ipad) 1080p(1920X1088) 30 FPS 60 FPS (3D) Fill rate( 依據經驗 1 個畫素會 Fill 3~4 次 ) WVGA(800X480),40 萬畫素, 約需要 48 M (0.4Mx30x4) pixels/sec (30FPS) WXGA(1280 768),100 萬畫素, 約需要 120 M (1Mx30x4) pixels/sec(30fps) 1080p(1920X1088),200 萬畫素, 約需要 240 M (2Mx30x4) pixels/sec(30fps) 目前產品解析度 QVGA(320X240) 一般智慧型手機 WVGA(800X480) 高階智慧型手機 WXGA(1280 768) 平板電腦, 電子書 (2D) 1080p(1920X1088) 電視 30
1200M 3D Graphic Engine Performance (PowerVR & Mali & Vivante) 1000M SGX535 14, 1000 @200Mhz SGX540 20, 1000 @200Mhz SGX543 35, 1000 @200MHz SGX545 40, 1000 @200Mhz 800M Pixels/sec 600M 400M 200M STG4800 MBX 7.4, 600 @200Mhz MBX Lite STG4500 3.4, 270 SGX520 @200Mhz 7, 250 @200Mhz Mali-55 1, 100 @275MHz SGX530/531 14, 500 @200Mhz Mali-200 16, GC500 275 @275MHz 15, 280 @280MHz GC400 15, 150 @180MHz Mali-300/-400MP GC800 30, 275~1100 33, 315 @275MHz @ 315 MHz SGX544 SGX554 GC1000 49, 630 @630MHz 10M 20M 30M Triangles/Sec 40M 50M 31
ipad 2 與 Xoom 哪一個流暢? 32
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