Ликбез по мобильному железу: графические процессоры

Ликбез по мобильному железу: графические процессоры

Графический процессор (GPU) является не менее важным компонентом SoC мобильного устройства, чем центральный процессор (CPU). За последние пять лет бурное развитие мобильных платформ Android и iOS подстегнуло разработчиков мобильных графических процессоров, и сегодня никого не удивить мобильными играми с трехмерной графикой уровня PlayStation 2 или даже выше. Вторую статью цикла “Ликбез по мобильному железу” я посвятил графическим процессорам.

В настоящее время бОльшую часть графических чипов производят используя ядра: PowerVR (Imagination Technologies), Mali (ARM), Adreno (Qualcomm, ранее ATI Imageon) и GeForce ULP (nVIDIA).

gpu_logos

PowerVR – это подразделение компании Imagination Technologies, которая в недавнем прошлом разрабатывала графику для настольных систем, но под давлением ATI и nVIDIA вынуждена была покинуть этот рынок. Сегодня PowerVR разрабатывает, пожалуй, самые мощные GPU для мобильных устройств. Чипы PowerVR используют при производстве процессоров такие компании, как Samsung, Apple, Texas Instruments и др. Например, разные ревизии GPU от PowerVR установлены во всех поколениях Apple iPhone. Актуальными остаются серии чипов 5 и 5XT. К пятой серии относятся одноядерные чипы: SGX520, SGX530, SGX531, SGX535, SGX540 и SGX545.  Чипы серии 5XT могут иметь от 1 до 16 ядер: SGX543, SGX544, SGX554. Спецификации 6 серии (Rogue) пока уточняются, но уже известен диапазон производительности чипов серии – 100-1000GFLOPS.

Mali – это графические процессоры, разрабатываемые и лицензируемые британской ARM. Чипы Mali являются составной частью различных SoC, производимых Samsung, ST-Ericsson, Rockchip и др. Например, Mali-400 MP входит в состав SoC Samsung Exynos 421x, используемых в таких смартфонах, как Samsung Galaxy SII и SIII, в двух поколениях “смартфонпланшетмаша?” Samsung Note. Актуальным на сегодня является Mali-400 MP в двух- и четырехядерных вариантах. На подходе чипы Mali-T604 и Mali-T658, производительность которых до 5 раз выше, чем у Mali-400.

Adreno – это графические чипы, которые разрабатывает одноименное подразделение американской Qualcomm. Название Adreno является анаграммой от Radeon. До Qualcomm подразделение принадлежало ATI, а чипы носили название Imageon. Последние несколько лет Qualcomm при производстве SoC использовала чипы 2xx серии: Adreno 200, Adreno 205, Adreno 220, Adreno 225. Последний из списка – совсем свежий чип – выполненный по 28нм технологии, самый мощный из Adreno 2хх серии. Его производительность в 6 раз выше, чем у “старичка” Adreno 200. В 2013 году все больше устройств получат графические процессоры Adreno 305 и Adreno 320. Уже сейчас 320-ый установлен в Nexus 4 и китайскую версию Nokia Lumia 920T, по некоторым параметрам чип в 2 раза мощнее 225-го.

GeForce ULP (ultra-low power) – мобильная версия видео-чипа от nVIDIA, входит в состав системы-на-кристалле Tegra всех поколений. Одним из важнейших конкурентных преимуществ Tegra является специализированный контент, предназначенный только для устройств на основе этой SoC. У nVIDIA традиционно тесная связь с разработчиками игр, и их команда Content Development работает вместе с ними для того, чтобы оптимизировать игры для графических решений GeForce. Для доступа к таким играм nVIDIA даже запустила Android-приложение Tegra Zone, специализированный аналог Android Market, в котором можно скачать оптимизированные для Tegra приложения.

Производительность графических процессоров обычно измеряется по трем параметрам:

– количество треугольников в секунду обычно в миллионах – Мега (MTriangles/s);

– количество пикселей в секунду обычно в миллионах – Мега (MPixel/s);

– количество операций с плавающей точкой в секунду обычно в миллиардах – Гига (GFLOPS).

По “флопсам” требуется небольшое пояснение. FLOPS (FLoating-point Operations Per Second) – это количество вычислительных операций или инструкций, выполняемых над операндами с плавающей точкой (запятой) в секунду. Операнд с плавающей точкой – это нецелое число (корректней было бы сказать “с плавающей запятой”, ведь знаком, отделяющим целую часть числа от дробной в русском языке является именно запятая). Понять какой графический процессор установлен в твоем смартфоне поможет ctrl+F и таблица приведенная ниже. Обратите внимание на то, что GPU разных смартфонов работают на разной частоте. Что бы вычислить производительность в GFLOPS для конкретной модели необходимо число указанное в столбце “производительность в GFLOPS” разделить на 200 и умножить на частоту отдельно взятого GPU (например в Galaxy SIII GPU работает на частоте 533МГц значит 7,2 / 200 * 533 = 19,188):

Название смартфона/планшета Процессор Графический процессор Производительность в GFLOPS
Samsung Galaxy S 4 Samsung Exynos 5410 PowerVR SGX544MP3 21,6 @200МГц
HTC One Qualcomm Snapdragon 600 APQ8064T Adreno 320 20,5 @200МГц
Samsung Galaxy S III, Galaxy Note II, Galaxy Note 10.1 Samsung Exynos 4412 Mali-400 MP4 7,2 @200МГц
Samsung Chromebook XE303C12, Nexus 10 Samsung Exynos 5250 Mali-T604 MP4 36 @200МГц
Samsung Galaxy S II, Galaxy Note, Tab 7.7,  Galaxy Tab 7 Plus Samsung Exynos 4210 Mali-400 MP4 7,2 @200МГц
Samsung Galaxy S, Wave, Wave II, Nexus S, Galaxy Tab, Meizu M9 Samsung Exynos 3110 PowerVR SGX540 3,2 @200Мгц
Apple iPhone 3GS, iPod touch 3gen Samsung S5PC100 PowerVR SGX535 1,6 @200Мгц
LG Optimus G, Nexus 4, Sony Xperia Z Qualcomm APQ8064(ядра Krait) Adreno 320 20,5 @200МГц
HTC One XL, Nokia Lumia 920, Lumia 820, Motorola RAZR HD, Razr M, Sony Xperia V Qualcomm MSM8960(ядра Krait) Adreno 225 12,8 @200МГц
HTC One S, Windows Phone 8x, Sony Xperia TX/T Qualcomm MSM8260A Adreno 220 ~8,5* @200МГц
HTC Desire S, Incredible S, Desire HD, SonyEricsson Xperia Arc, Nokia Lumia 800, Lumia 710 Qualcomm MSM8255 Adreno 205 ~4,3* @200МГц
Nokia Lumia 610, LG P500 Qualcomm MSM7227A Adreno 200 ~1,4* @128МГц
Motorola Milestone, Samsung i8910, Nokia N900 TI OMAP3430 PowerVR SGX530 1,6 @200Мгц
Samsung Galaxy Nexus, Huawei Ascend P1, Ascend D1, Amazon Kindle Fire HD 7″ TI OMAP4460 PowerVR SGX540 3,2 @200Мгц
RIM BlackBerry Playbook, LG Optimus 3D P920, Motorola ATRIX 2, Milestone 3, RAZR, Amazon Kindle Fire первого и второго поколений TI OMAP4430 PowerVR SGX540 3,2 @200Мгц
Motorola Defy, Milestone 2, Cliq 2, Defy+, Droid X, Nokia N9, N950, LG Optimus Black, Samsung Galaxy S scLCD TI OMAP3630 PowerVR SGX530 1,6 @200Мгц
Acer Iconia Tab A210/A211/A700/ A701/A510, ASUS Transformer Pad, Google Nexus 7, Eee Pad Transformer Prime, Transformer Pad Infinity, Microsoft Surface, Sony Xperia Tablet S, HTC One X/X+, LG Optimus 4X HD, Lenovo IdeaPad Yoga nVidia Tegra 3 GeForce ULP 4,8 @200МГц
Acer Iconia Tab A500, Iconia Tab A501, Iconia Tab A100, ASUS Eee Pad Slider, Eee Pad Transformer, HTC Sensatoin/XE/XL/4G, Lenovo IdeaPad K1, ThinkPad Tablet, LG Optimus Pad, Optimus 2X, Motorola Atrix 4G, Electrify, Photon 4G, Xoom, Samsung Galaxy Tab 10.1, Galaxy Tab 8.9, Sony Tablet P, Tablet S nVidia Tegra 2 GeForce ULP 3,2 @200МГц
Apple iPhone 5 Apple A6 PowerVR SGX543MP3 19,2 @200МГц
Apple iPad 2, iPhone 4S, iPod touch 5gen, iPad mini Apple A5 PowerVR SGX543MP2 12,8 @200МГц
Apple iPad, iPhone 4, iPod touch 4gen Apple A4 PowerVR SGX535 1,6 @200МГц

* – данные приблизительные.

Приведу еще одну таблицу с абсолютными значениями производительности самых популярных смартфонов верхнего ценового диапозона:

Название смартфона Процессор Графический процессор Производительность, GFLOPS
Samsung Galaxy S 4 Samsung Exynos 5410 PowerVR SGX544MP3 57,6 @533МГц
HTC One Qualcomm Snapdragon 600 APQ8064T Adreno 320 51,2 @500МГц
Sony Xperia Z Qualcomm Snapdragon S4 Pro APQ8064 Adreno 320 ~44,3 @433МГц*
Apple iPhone 5 Apple A6 PowerVR SGX543MP3 25,5 @266МГц

* – неофициальные данные.

Мощность мобильной графики растет от года к году. Уже в этом году в топовых смартфонах мы можем увидеть игры уровня PS3/X-Box360. Одновременно с мощностью сильно растет энергопотребление SoC и неприлично снижается автономность мобильных устройств. Что ж, будем ждать прорыва в области производства источников питания!

Еще один пожиратель энергии в современном мобильном устройстве – это, безусловно, дисплей. Экраны в мобильных телефонах становятся все краше. Дисплеи смартфонов выпущенных с разницей всего лишь в год, разительно отличаются по качеству картинки. В следующей статье цикла я расскажу о дисплеях: каких типов они бывают, что такое PPI, от чего зависит энергопотребление и прочее.

Рубрика: Ликбез