Qualcommin Snapdragon S4 -sarja: Krait-prosessorit ja Adreno-näytönohjaimet

Qualcommin tuoteperhe on sekä syvä että laaja. Ensimmäiset Snapdragon-prosessorit näkivät päivänvalon vuonna 2008, kun yhtiö julkaisi S1-alustan. Nyt vuonna 2012 Snapdragon-sarja on ehtinyt versioon S4, joka nimensä mukaisesti on tuotesarjan neljäs sukupolvi.

S4-nimen alle mahtuu neljä erillistä tuotetta, joista jokainen on suunniteltu vastamaan tiettyihin käyttötarpeisiin.

Esimerkiksi S4 Prime on tarkoitettu nimenomaan äly-tv-laitteille sekä muulle olohuoneen tietotkeniikalle. MPQ8064 järjestelmäpiiri on ainut S4 Prime -sarjan tuote ja se sisältää neljä Krait-ydintä sekä Adreno 320 -näytönohjaimen.

Tämän testin pääasiallinen tutkimuskohde eli S4 Pro puolestaan koostuu muutamasta erilaisesta komponentista: MSM8960T ja APQ8064. Ensin mainittu sisältää kaksi Krait-ydintä ja jälkimmäinen neljä ydintä. Molemmat on valmistettu 28 nm prosessilla ja ne sisältävät saman tehokkaan Adreno 320 näytönohjaimen. MSM8960T sisältää myös integroidun modeemin, joka puuttuu APQ8064-versiosta.



Älypuhelimiin tarkoitetuista S4 Plus – ja S4 Play -sarjoista löytyy vielä yhteensä 14 eri mallia, joista osa sisältää modeemin ja osa ei.

Qualcommin tuotehierakiassa S4 Pro on tehokkain mobiililaitteisiin tarkoitettu piiri ja siksi on loogista, että se löytyy myös yhtiön mobiilikehitysalustan sisuksista ja sellainen päätyi meidän laboratorioomme testausta varten.



Vaikka S4 Pro ei ole yhtiön tehokkain sarja, se on silti selvästi tarkoitettu high-end-laitteisiin. Kuten aiemmin mainittiin, APQ8064 on neliytiminen Krait-pohjainen prosessori, joka toimii 1,5 tai 1,7 GHz:n taajuudella. Qualcomm ei pystynyt toimittamaan meille lohkokaaviota APQ8064-piiristä, joten kuvittele yllä oleva kuva MSM8960-piiristä huomattavasti pienemmällä modeemiosastolla (ei mobiiliverkkoyhteyksiä, vain WiFi ja Bluetooth) sekä kahdella lisäytimellä.

Molemmilla ytimillä on 16 KB L1-datamuistia ja 16 KB L1-käskymuistia ja jokainen ydinpari jakaa 1 MB L2-välimuistia. Alla olevassa taulukossa käsitellään paremmin Qualcommin nykyisen Krait-arkkitehtuurin sekä sen edeltäjän Scorpionin eroavaisuuksia ja lisäksi vertailukohtina ovat ARM:n Cortex-A9 ja Cortex-A15-arkkitehtuurit.

Arkkitehtuurien vertailu	Cortex-A9	Cortex-A15	Scorpion	Krait
Liukuhihnan syvyys	8 vaihetta	15/17-24 vaihetta (Kokonaisluku/Liukuluku)	10 vaihetta	11 vaihetta
Out-of-Order -suoritus	Kyllä	Kyllä	Osittain	Kyllä
Valmistusprosessi	45/30/32 nm	32/28 nm	65/45 nm	28 nm
Ydinvaihtoehdot	Yksi, Kaksi, Neljä	Kaksi, Neljä	Yksi, Kaksi	Kaksi, Neljä
Välimuisti	L1: 32 KB + 32 KB L2: 1 MB	L1: 32 KB + 32 KB L2: 4 MB max	L1: 32 KB + 32 KB L2: 256 kB (per core)	L1: 16 KB + 16 KB L2: 1 MB (kahta ydintä kohti)
DMIPS/MHz	2.5	3.5	2.5	3.3

Toisin kuin monet kilpailijansa, Qualcomm suunnittelee omat prosessorinsa, jotka ovat yhteensopivia ARM:n arkkitehtuurien kanssa. Prosessi ei ole yksinkertainen ja Qualcomm on investoinut paljon aikaa ja rahaa omien ytimiensä kehittämiseen. Esimerkiksi Qualcommin Scorpion-ytimissä käytetään samaa ARMv7-A-arkkitehtuuria, joka on käytössä myös Cortex-A8 ja -A9-ytimissä. Silti Qualcomm ei noudata täysin ARM:n versiota, vaan käskyjen liukuhihna on jaettu useampiin eri vaiheisiin, se käyttää erilaista out-of-order-suoritusta ja tarjoaa 128-bittisen SIMD-tuen. Scorpion eroaa siis osittain merkittävästi normaalista Cortex-A9-suorittimesta, mikä selittää sen erilaiset ja välillä huomattavasti paremmat testitulokset.

Krait parantaa suorituskykyä entisestään kasvattamalla sirun monimutkaisuutta (jonka tekee mahdolliseksi pienempi 28 nm valmistusprosessi). Jokainen ydin kykenee nyt purkamaan kolme käskyä kellojaksoa kohti (aiemman kahden sijaan), kuten ARM:n Cortex-A15-arkkitehtuurikin. Kokonaislukuhihna on nyt 11 vaiheen mittainen, joka on yhden vaiheen verran pidempi kuin Scorpionissa, mutta ei yhtä pitkä kuin Cortex-A15:sta 15-vaiheinen malli. Käytännössä pidemmän linjaston pitäisi näkyä korkeampana kellotaajuutena.

Qualcomm on rakentanut Kraitiin tuen eri ydinten ajamiselle eri kellotaajuuksilla. Se säästää tehoa niissä kohteissa, joissa koko piirin laskentateholla ei ole käyttöä. Vaikka kyseessä on käyttökelpoinen ominaisuus, se ei silti ole täysin uusi keksintö. Se löytyi jo vanhemmasta Scorpion-ytimestä ja Nvidian Tegra 3:n viides companion core perustuu samaan periaatteeseen.