Trabajo sobre la evolución en los diseños de 4 de las grandes compañias de fabricación de SoCs para SmartPhones. Realizado en el marco de la asignatura de Arquitecturas Especializadas de la Univeridad de Granada. Autores: David Jesse Calvo Tudela y Daniel Guerrero Martínez

1. SmartPhones
Trabajo para Arquitecturas Especializadas
Calvo Tudela, David Jesse
Guerrero Martínez, Daniel

2. Índice
 Introducción
◦ Motivación
 Descripción de los Smartphones
 Diseño
◦ 3ª Generación
◦ 4ª Generación
◦ Generaciones del Futuro
 Comparativas
 Conclusión
Diseño
• 3ª Generación
Introducción Motivación Descripción Comparativa Conclusión
• 4ª Generación
• Generaciones Futuras

3. Introducción
 Objetivo de la Exposición
◦ Fijar el concepto de un SmartPhone y las
decisiones de diseño que lo rodean

4. Motivación
 Evolución de los teléfonos móviles
1967
• Mobile Telephone System
• Pesaba 40 Kg
• Solo para el coche
1983
• DynaTAC 8000x
• Precio: 4.000$
• 1 hora de batería
1984
• Mobira Talkman
• Varias Horas de Batería
1989
• MicroTAC
• Diseño de Tapa
• El más pequeño y ligero hasta la época
1996
• StartTAC
• Compacto gracias al diseño ClamShell

5. Motivación
 Evolución de los teléfonos móviles
1997
• Nokia 9000i
• Primer Smartphone del mercado
• QWERTY, CPU Intel, 8 MB…
2002
• BalckBerry 5810
• Primer modelo en integrar
soporte para datos (email…)
2007
• iPhone
• Nacen los Smartphone actuales
2009
• Despega Android en multitud de
moviles: HTC, Sansung…

6. Motivación
 El SmartPhone actual

7. Motivación
 El SmartPhone actual
Android
iOS
BlackBerry
W. Phone
Symbian

8. Motivación
 Sistemas Operativos

9. Restricciones del Diseño
Alta Conectividad
• Emisión y Recepción de Llamadas, SMS
• Wifi, 3G/4G, Bluetooth…
Ejecución de Aplicaciones
• Soportadas por un Sistema Operativo (Android, iOS, Symbian,Windows Phone…)
• Sistemas cercanos a los de propósito general
• Calendario, Email, Navegador, Alarmas, Aplicaciones Java
Consumo Mínimo
• Tamaño Pequeño → Batería Pequeña
• Inaceptable poca duración
Alto Rendimiento Multimedia
• Visualización de Videos e Imágenes
• Captura de Videos y Fotos
• Generación 3D
• Video Juegos → Alto Rendimiento

10. Descripción
Antena Altavoz
Antena GSM
MTS Memoria
Antena
Pantalla GPS
Procesadores GPU
Antena
3G, WIFI Administradores
de energía
Cámaras Procesamiento Micrófono
de video y audio

11. Procesador GPU
Procesamiento de
imagen y video
Controladores

12. Diseño a través de las Generaciones
3ª Generación
4ª Generación
+3D Estereoscópico + Emisión HD
Futuras Generaciones (5ª)
+Número de Cámaras +Emisión HD 3D
+Calidad Video
y Displays Estereoscópico

13. 5G
4G
OMAP5
3G
OMAP4
2G OMAP3
OMAP2
1G
OMAP1
• Primera Generación OMAP I
• No considerado SmartPhone
DSP
ARM9 (TMS320)
• Diseño Muy Simple DMA
Acelerador 2D
• Usado en Multitud de Móviles:
• Nokia 6600, 3650, Nx

14. 5G
4G
OMAP5
3G
OMAP4
2G OMAP3
OMAP2
1G
OMAP1
• Segunda Generación OMAP 2
DSP
ARM11 (TMS320)
Acelerador
• Diseño Más complejo Video
2D/3D Acelerador
Acelerador Video
DMA
• Usado en Multitud de Móviles:
• Nokia N93, N-gage 3…

15. 3ª Generación
No Usado en SmartPhones
• Motorola FlipOut • Motorola Milestone 2 • Motorola Droid 2 Global
• 600 MHz • 1GHz • 1,2 GHz
• OMAP 34x • OMAP 3630 • OMAP 3640
OMAP 34x OMAP 35x OMAP 36x

16. 3ª Generación
 OMAP36x

17. 3ª Generación
 OMAP36x

18. 3ª Generación
 Procesador
◦ ARM Cortex A8
 3 Veces más eficiente que el ARM11
 2000 DMIPS
 Desde 600Mhz en OMAP34x hasta 1,2GHz en OMAP 36x
 Mejora Multimedia gracias a NEON -> Para procesamiento Vectorial
 GPU
◦ PowerVR SGX (Serie 5)
 Tratamiento Hardware de pixel, vértices y sombras
 Soporte para OPEN GL ES 2.0 (usado en iOS y Android)
 ISP
◦ Encargado del procesamiento de las imágenes capturadas por la cámara
◦ Permite capturas de hasta 12 Mpixels
◦ Codifica JPEG “al vuelo”
 Acelerador Video
◦ IVA 2+
 Encargado del Procesamiento Multimedia
 Codifica y decodifica multitud de estándares (MPGE, H264, WMV…)
 Resolución de 720p a 30fps

19. 3ª Generación
 SmartReflex
◦ Es un sistema de TI
◦ Reduce el Consumo Energético
◦ Técnicas Hardware/Software que controlan y
regulan el voltaje, frecuencia y energía
basandose en la actividad del dispositivo
◦ Se centra sobre todo en periféricos de gran
consumo como es la conexión wifi
◦ 3 Niveles de Implantación
 Sistema Software
 Diseño del SOC
 Silicon IP

20. 3ª Generación
 Seguridad de los datos
◦ Soporte Hardware para encriptación y
desencriptado (AES, SHA1,MD5…)
 Conexiones seguras (Bluetooth, Wifi, 3G)
 Alivio del procesador
 Aprovechando el módulo, se aumenta seguridad en:
 Almacenamiento
 Interconexiones entre chips…
◦ Sistemas de Alerta
 Protención SIM
◦ ARM TrustZone
 2 Mundos ( Normal Word, Secure Word)
 SecureWorld implementa mecanismos que evitan el
filtrado de información

21. 3ª Generación
 ARM TrustZone
Hardware Software

22. 3ª Generación
 Apple
iPhone iPhone 3GS iPhone 4 iPhone 5
S5L8900 S5L8920 A4 A5
ARM Cortex-
ARM11 400MHz ARM Cortex- ARM Cortex-
CPU A9 MPCore
& ARM7 A8 600MHz A8 800MHz
1GHz
PowerVR MBX PowerVR SGX PowerVR SGX PowerVR SGX
GPU
lite 3D 535 535 543 MPCore
Tecnología
de 90nm 65nm 45nm 45nm
integración
No contiene No contiene
128MB SDRAM 512MB DDR2
RAM RAM integrada RAM integrada
interna a 1066MHz
AMBA 3 AXI AMBA 3 AXI
L1: 32KB ins + L1: 32KB ins +
L1: 16KB Ins + L1: 32KB Ins +
Cache 32KB datos 32KB datos
16KB datos 32KB datos
L2: 640KB L2: 1MB

23. 3ª Generación

24. Arquitectura – 3ª Generación
 Qualcomm MSM7000 series

25. Arquitectura – 3ª Generación
 MSM7000 series
 Procesamiento de aplicaciones
 ARM11 para ejecutar el SO y aplicaciones
 QDSP5000 para codificación y
decodificación multimedia
 Procesamiento tiempo real y de telefonía
 ARM 9 ejecución la pila GSM y llamadas
en tiempo real.
 QDSP4000 para la codificación y
decodificación telefónica

26. PM7500
Administrador de
energía
RFR6500
Low-noise amplifier
RFT6150
ZIF

27. Arquitectura – 3ª Generación
 Procesador Scorpion
◦ Con arquitectura ARMv7 muy similar al ARM
Cortex-A8.
◦ Aumento de etapas del cauce
◦ Implementación de NEON para procesar 128
bits en paralelo ( Cortex-A8 64bits ).
◦ Segmentación de VFPv3.
 GPU Adreno

28. Arquitectura – 3ª Generación
Snapdragon QSD8x50

29. 5G
4G
OMAP5
3G
OMAP4
2G OMAP3
OMAP2
1G
OMAP1
Futuro
LG Optimus 3D OMAP4460 – Q3 2011
OMAP4433 OMAP4470 – Q1 2012

30. 4ª Generación
 OMAP4

31. 4ª Generación
 Procesador
◦ 2 ARM Cortex A9
 Su gestión se realiza mediante
 SMP (Symmetric Multiproccesing)
◦ Acelerador Multimedia
 IVA 3
 1080p a 30 fps
 Codificación/Decodificación 3D Estereoscópico
 2 Partes:
 Hardware Acelerador con los estándares más comunes
 DSP programable para los nuevos
◦ GPU
 Power VR 540
 2 veces mejor que la anterior
◦ ISP
 Mejorado. Ahora capta imágenes de 2 cámaras estereoscópicas
 Permite hasta 20 Megapixels de resolución
 Menos de 1s de retraso entre disparos
 Numerosas mejoras

32. 4ª Generación
 MSM8x55
◦ Procesador Scorpion 1,4 GHz
◦ GPU Adreno 205
◦ Capacidad multimedia 720p
◦ Compatibilidad con pantallas de alta resolución XGA
(1024x768)
 MSM8x60
◦ Doble núcleo Scorpion asíncrono con tecnología
SMP a 1,5 GHz
◦ GPU Adreno 220
◦ Capacidad multimedia 1080p
◦ Compatibilidad con pantallas de alta resolución
WXGA (1440x900)

33. 4ª Generación
16Mpx
ISP Scorpion Scorpion
16Mpx
SMP
Video Audio
Codificación/
Decodificación GPU Adreno 220 Dolby 5.1
3D Surround
estereoscópico
Secure MSM
Codec
Trustzone Codec
support support
MPEG-
4,H263,H264 ...
HDMI
1080p

34. 5G
4G
OMAP5
3G
OMAP4
2G OMAP3
OMAP2
1G
OMAP1
A modo de curiosidad

35. 5ª Generación
 OMAP5

36. Comparativa
 Consumo
Velocidad Consumo Dhrystone mW/DMIP
Nombre mW/Mhz Área mm3
Mhz mW MIPS S
ARM 7
204 14,28 189 0,07 0,076 0,35
TDMI
ARM
366 89,304 402 0,244 0,222 0,875
926EJ-S
ARM
772 160,576 772 0,208 0,208 1,937
1176JZ(F)-S
ARM
500 375 1000 0,75 0,375 3,4
Cortex-A8
ARM
2000 276 10000 0,138 0,028 6,7
Cortex-A9

37. Comparativa
 Consumo

38. Comparativa
 Consumo
0,400
0,350
0,300
ARM 7 TDMI
0,250
ARM 926EJ-S
ARM 1176JZ(F)-S
0,200
ARM Cortex-A8
ARM Cortex-A9
0,150
0,100
0,050
0,000
mW/DMIPS

39. Comparativa
Dhrystone mW/DMIP
Nombre Velocidad Mhz Consumo W
MIPS S
Intel Core i7
3467-3733 130 153.000 0,850
(990X EE)
AMD Athlon
1600 18 10.055 1,790
Neo x2 L335
Intel Atom
1660 2 4.155 0,481
N280
ARM Cortex-
2000 0,276 10.000 0,0276
A9
Intel Core 2
2200 35 11.254 3,110
Duo T6670
ARM Cortex-
500 0,375 1000 0,375
A8
AMD Geode
500 4 740 5,4054
LX 800

40. Comparativa 5,4054
 Consumo
3,11
1,79
0,85
0,481 0,375
0,0276
mW/DMIPS

41. Conclusiones
 Existe una alta competencia en arquitecturas
de SmartPhone
◦ Coexistiendo numerosas soluciones del mismo
problema
 Existen soluciones a medida en diferente
grado, desde totalmente especializado como
A4 y A5 hasta totalmente genérico como
OMAP, pasando por intermedias como
Qualcomm.
◦ iPhone usa sus SoCs y el resto decide entre las
otras ofertas (OMAP, Qualcomm, Samsung…).

42. Conclusiones
 ARM favorito
◦ Si no se usa están basados en él
 Según el sistema de diseño
◦ TI apuesta por disminuir a toda costa el Time
to market
◦ Qualcomm tarda más tiempo pero acaba
llevándose gran cuota de mercado

43. Conclusiones
 Tendencia
◦ Mejora prestaciones multimedia
◦ Sistemas cada vez más cercanos a un PC
◦ Cuello de botella → Consumo → Batería → Tamaño

44. ¿Preguntas?
¿?