Procesor w N900 to nie byle co. Setki notek prasowych i publikowane dane techniczne dość lakonicznie traktują sprawę procesora, tymczasem to, co jest w sercu tego telefonu to „kawał” niezłego krzemu. Chciałbym, choć trochę przybliżyć temat „serca” N900.
Historia
OMAP-3430 został zamówiony przez Nokię jako procesor który miał „zaćmić wszystkie inne”. Tak to ogólnie zostało postawione przez marketing Nokii w 2004 roku. Potem inżynierowie przerobili to na konkrety. Początkowo jako OMAP-25xx potem OMAP-3430 był nie co bardziej rozbudowany jak to co w ostateczności powstało. Przyjęte założenia na początku zakładały 800MHz dla ARM’a i DSP (znane tu jako IVA). Stopniowo w miarę postępu projektu częstotliwość była obniżana aż doszło do 600MHz (choć było jakiś czas poniżej 500MHz). Należy wspomnieć o ważnej rzeczy, a mianowicie maksymalna częstotliwość pracy procesorów ograniczona jest jedynie poborem mocy. Procesor ARM’a bez problemu pracuje nawet na 1100MHz przy odpowiednio doregulowanym napięciu. tyle, że za dużo wtedy zabiera energii; dużo za dużo. OMAP3430 to pierwsza w świecie implementacja Cortex’a-A8 który powstawał wraz z OMAP’em-3430.
Pierwszy „silicon” powstał we wrześniu 2006 roku. Był nad wyraz udany, co zaskoczyło wszystkich. W porównaniu z poprzednimi OMAP’ami prawie wszystko działało, no i pracował na 1GHz bez kłopotów. Jak wiemy „prawie” robi różnice wiec szybko powstawały kolejne wersje.
Garść technicznych ciekawostek
OMAP-3430 wykonany jest w technologii 65nm. W takiej litografii nie lada wyzwaniem jest upływ energii przez bardzo cienkie warstwy izolacyjne. Dlatego też postawiono na technologie w pełni dynamicznej kontroli nad częstotliwością i napięciami. W procesorze są cztery źródła częstotliwości („Digital Phase Locked Loop” DPLL). ARM, IVA i inne ważne moduły jak akceleracja 2D/3D czy akcelerator wyświetlacza mają niezależne źródła zegara.
Do tego jest kilka systemów zasilań. Ideą jest jednoczesna i dynamiczna kontrola nad częstotliwością i napięciem dostosowująca wydajność do zapotrzebowania w danej chwili każdej funkcjonalnej części. Co jest nie potrzebne jest wyłączone bądź uśpione. Tzw. „Power Management” zastosowany w tym procesorze jest bardzo nowatorski i nosi nazwę „SmartReflex”. Dynamiczna kontrola napięcia wymagała specjalnej logiki łączącej przenoszącej sygnały pomiędzy wyspami napięć („Volatge Domains”) które mogą mieć różne napięcia bądź są całkiem wyłączone.
Prosty aplet na N8xx pokazywał częstotliwość pracy OMAP’a 2420 która przyjmowała dwie wartości 190 i 380MHz, to dlatego, że procesor był połączony synchronicznym mostkiem z magistralą i mógł mieć częstotliwość będącą pełną wielokrotnością. W OMAP3430 mostki od ARM’a i IVA są asynchroniczne. Tak, więc częstotliwości procesorów mogą się zmieniać niemalże płynnie. Raj dla miłośników pokręcania.
„Secure” czyli bezpiecznie
Również w tym obszarze, OMAP-3430 jest absolutnie pionierski. Począwszy od OMAP’a-1610 TI bardzo duży nacisk kładł na „security” silnie wspomagane przez sprzęt. Potrzeba tak silnego i pewnego mechanizmu zabezpieczeń bierze się z Digital Rights Management (DRM) oraz z chęci dokonywania transakcji płatniczych. Poprzednie OMAP’y zaopatrzone były w wspomaganie sprzętowe zrealizowane, jako zewnętrzny moduł śledzący to, co robi ARM korzystający z „debugowych” końcówek rdzenia. Wraz ze sprzętem, „security” wspomagane było przez specjalny kawałek kodu w ROM’ie który tworzył sztucznie, bezpieczny tryb procesora.
ARM wykorzystał doświadczenia TI i zintegrował specjalny tryb pracy w swoim rdzeniu. Technologia nazywa się „TrustZone”. Cortex-A8, potrafi wykonywać instrukcje w specjalnym trybie „secure mode” dając dostęp do zasobów normalnie nie dostępnych takich jak specjalna pamięć czy moduły kryptograficzne. Wraz z kodem w ROM’ie rozwiązanie to tworzy niespotykany dotąd poziom zabezpieczeń i środowisko do uruchamiania „secure applications” czyli certyfikowanych bezpiecznych aplikacji.
Niestety, a w zasadzie „stety”, w tabletach N8x0 stosowana była wersja procesora „General Purpose” (GP) czyli z wyłącznym „secure mode”. Myślę, że w N900 jest również procesor GP, inaczej pisanie otwartego systemu operacyjnego mogłoby być nie możliwe.
Wydajność w rzeczywistości
Ilekroć jest mowa o megahercach, jestem trochę poirytowany. Wiem, ze dla przeciętnego użytkownika to najprostszy sposób na porównanie wydajności. Tyle, że częstotliwość w zasadzie nie wiele znaczy.
Po pierwsze, rozpatrywanie samego rdzenia ARM’a w oderwaniu od całej reszty jest zupełnie bez sensu. Bo przecież, wydajność to głównie szyna łącząca moduły, to prędkość pamięci RAM, to wydajność systemowego DMA, to wszystkie wspomagające peryferia. W OMAP’ie 3430 mamy potężne mechanizmy wspomagające grafikę i wyświetlacz. Dla przykładu, obraz z kamery może być bezpośrednio przekazany w dowolny obszar wyświetlacza przeskalowany i obrócony bez udziału ani ARM’a ani IVA’y! Jeżeli odtwarzamy film, to DMA przerzuca dane z karty do IVA i a potem zdekodowane ramki od razu na wyświetlacz, ARM sporadycznie tylko zarządza kartą i DMA. Coretex A8 też może być inny w innym procesorze. Kiedy konfiguruje się ARM’a w danym chipie ustawiane są setki parametrów wpływające na wydajność.
W OMAP3430 mamy pierwszy wbudowany rdzeń z „cache” drugiego poziomu! Jest go 256kB. Kto pamięta czasy PC-386/PC-486 wie jak wiele zależało od tego czy wsadzone są w płytę kostki pamięci „cache”. Oczywiście jest też „cache” pierwszego poziomu, po 32kB (jeden na szynie danych i jeden na szynie rozkazów).
No, jeśli dodamy do tego oprogramowanie, to w zasadzie tylko porządne, zestandaryzowane testy będą mogły powiedzieć czy N900 jest wydajniejszy od jakiegoś tam innego czegoś. Nie żadne megaherce. A najwięcej to pewnie będą mogli powiedzieć sami użytkownicy. N8x0 chodziło całkiem żwawo, więc coś, co jest mniej więcej 10 razy bardziej wydajne powinno zrobić wrażenie.
Liczy się też wygląd zewnętrzny
Foto 1 pokazuje jak wygląda goły procesor. Goły, bo wokół płyteczki silikonu widzimy pola lutownicze, do których przylutowana będzie pamięć flash+RAM w jednej obudowie. Taka „kanapka” oszczędza mnóstwo miejsca.
Jak ktoś będzie miał okazje oglądać wnętrze N900 niech nie szuka OMAP’a tylko kostki 12x12mm oznaczonej przez producenta pamięci. Foto 2 pokazuje jak cienki jest silikon, jak kartka papieru. OMAP-3430 to tzw. „Flip-Chip”, silikon nie jest „bondowany” drucikami tylko odwrócony i przyklejony do „back-plane” czyli małej płytki drukowanej stanowiącej podstawę kości. Foto 3 pokazuje nasz procesor od dołu, dla porównania OMAP-2420.
Mam nadzieje, że choć trochę pokazałem jak niesamowitym może być procesor, o którym istnieniu wielu użytkowników nawet nie myśli. To tylko parę zdań, o procesorze, którego stworzenie pochłonęło ponad 100 milionów dolarów i o którym można by napisać książkę.
© 2009 pocoryk (maupa) o2.pl
Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie całości bądź fragmentów bez zgody autora zabronione.
-
-
Tak wygląda goły procesor
-
-
Cienki jak kartka papieru silikon
-
-
Procesor od dołu
Procesor w N900 to nie byle, co. Setki notek prasowych i publikowane dane techniczne dość lakonicznie traktują sprawę procesora, tymczasem to, co jest w sercu tego telefonu to „kawał” niezłego krzemu. Chciałbym, choć trochę przybliżyć temat „serca” N900.
Historia
OMAP-3430 został zamówiony przez Nokie jako procesor który miał „zaćmić wszystkie inne”. Tak to ogólnie zostało postawione przez marketing Nokii w 2004 roku. Potem inżynierowie przerobili to na konkrety. Początkowo jako OMAP-25xx potem OMAP-3430 był nie co bardziej rozbudowany jak to co w ostateczności powstało. Przyjęte założenia na początku zakładały 800MHz dla ARM’a i DSP (znane tu jako IVA). Stopniowo w miarę postępu projektu częstotliwość była obniżana aż doszło do 600MHz (choć było jakiś czas poniżej 500MHz). Należy wspomnieć o ważnej rzeczy, a mianowicie maksymalna częstotliwość pracy procesorów ograniczona jest jedynie poborem mocy. Procesor ARM’a bez problemu pracuje nawet na 1100MHz przy odpowiednio doregulowanym napięciu. tyle, że za dużo wtedy zabiera energii; dużo za dużo. OMAP3430 to pierwsza w świecie implementacja Cortex’a-A8 który powstawał wraz z OMAP’em-3430.
Pierwszy „silicon” powstał we wrześniu 2006 roku. Był nad wyraz udany, co zaskoczyło wszystkich. W porównaniu z poprzednimi OMAP’ami prawie wszystko działało, no i pracował na 1GHz bez kłopotów. Jak wiemy „prawie” robi różnice wiec szybko powstawały kolejne wersje.
Garść technicznych ciekawostek
OMAP-3430 wykonany jest w technologii 65nm. W takiej litografii nie lada wyzwaniem jest upływ energii przez bardzo cienkie warstwy izolacyjne. Dlatego też postawiono na technologie w pełni dynamicznej kontroli nad częstotliwością i napięciami. W procesorze są cztery źródła częstotliwości („Digital Phase Locked Loop” DPLL). ARM, IVA i inne ważne moduły jak akceleracja 2D/3D czy akcelerator wyświetlacza mają niezależne źródła zegara. Do tego jest kilka systemów zasilań. Ideą jest jednoczesna i dynamiczna kontrola nad częstotliwością i napięciem dostosowująca wydajność do zapotrzebowania w danej chwili każdej funkcjonalnej części. Co jest nie potrzebne jest wyłączone bądź uśpione. Tzw. „Power Management” zastosowany w tym procesorze jest bardzo nowatorski i nosi nazwę „SmartReflex”. Dynamiczna kontrola napięcia wymagała specjalnej logiki łączącej przenoszącej sygnały pomiędzy wyspami napięć („Volatge Domains”) które mogą mieć różne napięcia bądź są całkiem wyłączone. Prosty aplet na N8xx pokazywał częstotliwość pracy OMAP’a 2420 która przyjmowała dwie wartości 190 i 380MHz, to dlatego, że procesor był połączony synchronicznym mostkiem z magistralą i mógł mieć częstotliwość będącą pełną wielokrotnością. W OMAP3430 mostki od ARM’a i IVA są asynchroniczne. Tak, więc częstotliwości procesorów mogą się zmieniać niemalże płynnie. Raj dla miłośników pokręcania.
„Secure” czyli bezpiecznie
Również w tym obszarze, OMAP-3430 jest absolutnie pionierski. Począwszy od OMAP’a-1610 TI bardzo duży nacisk kładł na „security” silnie wspomagane przez sprzęt. Potrzeba tak silnego i pewnego mechanizmu zabezpieczeń bierze się z Digital Rights Management (DRM) oraz z chęci dokonywania transakcji płatniczych. Poprzednie OMAP’y zaopatrzone były w wspomaganie sprzętowe zrealizowane, jako zewnętrzny moduł śledzący to, co robi ARM korzystający z „debugowych” końcówek rdzenia. Wraz ze sprzętem, „security” wspomagane było przez specjalny kawałek kodu w ROM’ie który tworzył sztucznie, bezpieczny tryb procesora. ARM wykorzystał doświadczenia TI i zintegrował specjalny tryb pracy w swoim rdzeniu. Technologia nazywa się „TrustZone”. Cortex-A8, potrafi wykonywać instrukcje w specjalnym trybie „secure mode” dając dostęp do zasobów normalnie nie dostępnych takich jak specjalna pamięć czy moduły kryptograficzne. Wraz z kodem w ROM’ie rozwiązanie to tworzy niespotykany dotąd poziom zabezpieczeń i środowisko do uruchamiania „secure applications” czyli certyfikowanych bezpiecznych aplikacji.
Niestety, a w zasadzie „stety”, w tabletach N8x0 stosowana była wersja procesora „General Purpose” (GP) czyli z wyłącznym „secure mode”. Myślę, że w N900 jest również procesor GP, inaczej pisanie otwartego systemu operacyjnego mogłoby być nie możliwe.
Wydajność w rzeczywistości
Ilekroć jest mowa o megahercach, jestem trochę poirytowany. Wiem, ze dla przeciętnego użytkownika to najprostszy sposób na porównanie wydajności. Tyle, że częstotliwość w zasadzie nie wiele znaczy. Po pierwsze, rozpatrywanie samego rdzenia ARM’a w oderwaniu od całej reszty jest zupełnie bez sensu. Bo przecież, wydajność to głównie szyna łącząca moduły, to prędkość pamięci RAM, to wydajność systemowego DMA, to wszystkie wspomagające peryferia. W OMAP’ie 3430 mamy potężne mechanizmy wspomagające grafikę i wyświetlacz. Dla przykładu, obraz z kamery może być bezpośrednio przekazany w dowolny obszar wyświetlacza przeskalowany i obrócony bez udziału ani ARM’a ani IVA’y! Jeżeli odtwarzamy film, to DMA przerzuca dane z karty do IVA i a potem zdekodowane ramki od razu na wyświetlacz, ARM sporadycznie tylko zarządza kartą i DMA. Coretex A8 też może być inny w innym procesorze. Kiedy konfiguruje się ARM’a w danym chipie ustawiane są setki parametrów wpływające na wydajność. W OMAP3430 mamy pierwszy wbudowany rdzeń z „cache” drugiego poziomu! Jest go 256kB. Kto pamięta czasy PC-386/PC-486 wie jak wiele zależało od tego czy wsadzone są w płytę kostki pamięci „cache”. Oczywiście jest też „cache” pierwszego poziomu, po 32kB (jeden na szynie danych i jeden na szynie rozkazów). No, jeśli dodamy do tego oprogramowanie, to w zasadzie tylko porządne, zestandaryzowane testy będą mogły powiedzieć czy N900 jest wydajniejszy od jakiegoś tam innego czegoś. Nie żadne megaherce. A najwięcej to pewnie będą mogli powiedzieć sami użytkownicy. N8x0 chodziło całkiem żwawo, więc coś, co jest mniej więcej 10 razy bardziej wydajne powinno zrobić wrażenie.
Liczy się też wygląd zewnętrzny
Foto 1 pokazuje jak wygląda goły procesor. Goły, bo wokół płyteczki silikonu widzimy pola lutownicze, do których przylutowana będzie pamięć flash+RAM w jednej obudowie. Taka „kanapka” oszczędza mnóstwo miejsca. Jak ktoś będzie miał okazje oglądać wnętrze N900 niech nie szuka OMAP’a tylko kostki 12x12mm oznaczonej przez producenta pamięci. Foto 2 pokazuje jak cienki jest silikon, jak kartka papieru. OMAP-3430 to tzw. „Flip-Chip”, silikon nie jest „bondowany” drucikami tylko odwrócony i przyklejony do „back-plane” czyli małej płytki drukowanej stanowiącej podstawę kości. Foto 3 pokazuje nasz procesor od dołu, dla porównania OMAP-2420.
Mam nadzieje, że choć trochę pokazałem jak niesamowitym może być procesor, o którym istnieniu wielu użytkowników nawet nie myśli. To tylko parę zdań, o procesorze, którego stworzenie pochłonęło ponad 100 milionów dolarów i o którym można by napisać książkę.
© 2009 pocoryk@o2.pl
Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie całości bądź fragmentów bez zgody autora zabronione.
Umieszczone w kategorii
Ciekawostki,
Informacje
Canola2 i wszystkie dodatki do niej dostępne są teraz na licencji GPL a dokładniej GNU General Public License version 3.