SmartPhonesTrabajo para Arquitecturas Especializadas                                     Calvo Tudela, David Jesse        ...
Índice      Introducción        ◦ Motivación      Descripción de los Smartphones      Diseño        ◦ 3ª Generación    ...
Introducción   Objetivo de la Exposición    ◦ Fijar el concepto de un SmartPhone y las      decisiones de diseño que lo r...
Motivación   Evolución de los teléfonos móviles    1967              • Mobile Telephone System              • Pesaba 40 K...
Motivación   Evolución de los teléfonos móviles 1997              • Nokia 9000i              • Primer Smartphone del merc...
Motivación   El SmartPhone actual
Motivación   El SmartPhone actual                    Android                    iOS                  BlackBerry          ...
Motivación   Sistemas Operativos
Restricciones del DiseñoAlta Conectividad • Emisión y Recepción de Llamadas, SMS • Wifi, 3G/4G, Bluetooth…Ejecución de Apl...
Descripción                 Antena        Altavoz  Antena          GSM   MTS                                       Memoria...
Procesador      GPU   Procesamiento de    imagen y video     Controladores
Diseño a través de las Generaciones                           3ª Generación                           4ª Generación      +...
5G                                    4G                                                       OMAP5                     3...
5G                                    4G                                                         OMAP5                    ...
3ª Generación                     No Usado en SmartPhones• Motorola FlipOut                             • Motorola Milesto...
3ª Generación   OMAP36x
3ª Generación   OMAP36x
3ª Generación   Procesador    ◦ ARM Cortex A8         3 Veces más eficiente que el ARM11         2000 DMIPS         De...
3ª Generación   SmartReflex    ◦ Es un sistema de TI    ◦ Reduce el Consumo Energético    ◦ Técnicas Hardware/Software qu...
3ª Generación   Seguridad de los datos    ◦ Soporte Hardware para encriptación y      desencriptado (AES, SHA1,MD5…)     ...
3ª Generación   ARM TrustZone       Hardware     Software
3ª Generación      Apple                 iPhone        iPhone 3GS         iPhone 4         iPhone 5                S5L890...
3ª Generación
Arquitectura – 3ª Generación   Qualcomm MSM7000 series
Arquitectura – 3ª Generación       MSM7000 series Procesamiento de aplicaciones    ARM11 para ejecutar el SO y aplicaci...
PM7500Administrador de    energía   RFR6500Low-noise amplifier  RFT6150      ZIF
Arquitectura – 3ª Generación   Procesador Scorpion    ◦ Con arquitectura ARMv7 muy similar al ARM      Cortex-A8.    ◦ Au...
Arquitectura – 3ª GeneraciónSnapdragon QSD8x50
5G                               4G                                                  OMAP5                 3G             ...
4ª Generación   OMAP4
4ª Generación   Procesador    ◦ 2 ARM Cortex A9       Su gestión se realiza mediante       SMP (Symmetric Multiproccesi...
4ª Generación   MSM8x55    ◦   Procesador Scorpion 1,4 GHz    ◦   GPU Adreno 205    ◦   Capacidad multimedia 720p    ◦   ...
4ª Generación16Mpx            ISP           Scorpion   Scorpion16Mpx                                 SMP          Video   ...
5G                             4G                                               OMAP5                3G                   ...
5ª Generación   OMAP5
Comparativa      Consumo              Velocidad   Consumo   Dhrystone            mW/DMIP Nombre                          ...
Comparativa   Consumo
Comparativa           Consumo0,4000,3500,300                                 ARM 7 TDMI0,250                             ...
Comparativa                                            Dhrystone   mW/DMIP  Nombre        Velocidad Mhz   Consumo W       ...
Comparativa                                        5,4054   Consumo                                    3,11            1,...
Conclusiones   Existe una alta competencia en arquitecturas    de SmartPhone    ◦ Coexistiendo numerosas soluciones del m...
Conclusiones   ARM favorito    ◦ Si no se usa están basados en él   Según el sistema de diseño    ◦ TI apuesta por dismi...
Conclusiones   Tendencia    ◦ Mejora prestaciones multimedia    ◦ Sistemas cada vez más cercanos a un PC    ◦ Cuello de b...
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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

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  1. 1. SmartPhonesTrabajo para Arquitecturas Especializadas Calvo Tudela, David Jesse Guerrero Martínez, Daniel
  2. 2. Índice  Introducción ◦ Motivación  Descripción de los Smartphones  Diseño ◦ 3ª Generación ◦ 4ª Generación ◦ Generaciones del Futuro  Comparativas  Conclusión Diseño • 3ª GeneraciónIntroducción Motivación Descripción Comparativa Conclusión • 4ª Generación • Generaciones Futuras
  3. 3. Introducción Objetivo de la Exposición ◦ Fijar el concepto de un SmartPhone y las decisiones de diseño que lo rodean
  4. 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. 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. 6. Motivación El SmartPhone actual
  7. 7. Motivación El SmartPhone actual Android iOS BlackBerry W. Phone Symbian
  8. 8. Motivación Sistemas Operativos
  9. 9. Restricciones del DiseñoAlta 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 JavaConsumo Mínimo • Tamaño Pequeño → Batería Pequeña • Inaceptable poca duraciónAlto Rendimiento Multimedia • Visualización de Videos e Imágenes • Captura de Videos y Fotos • Generación 3D • Video Juegos → Alto Rendimiento
  10. 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. 11. Procesador GPU Procesamiento de imagen y video Controladores
  12. 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. 13. 5G 4G OMAP5 3G OMAP4 2G OMAP3 OMAP21G 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. 14. 5G 4G OMAP5 3G OMAP4 2G OMAP3 OMAP21G 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. 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. 16. 3ª Generación OMAP36x
  17. 17. 3ª Generación OMAP36x
  18. 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. 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. 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. 21. 3ª Generación ARM TrustZone Hardware Software
  22. 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 MPCoreTecnología de 90nm 65nm 45nm 45nmintegración 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. 23. 3ª Generación
  24. 24. Arquitectura – 3ª Generación Qualcomm MSM7000 series
  25. 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. 26. PM7500Administrador de energía RFR6500Low-noise amplifier RFT6150 ZIF
  27. 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. 28. Arquitectura – 3ª GeneraciónSnapdragon QSD8x50
  29. 29. 5G 4G OMAP5 3G OMAP4 2G OMAP3 OMAP21G OMAP1 Futuro LG Optimus 3D OMAP4460 – Q3 2011 OMAP4433 OMAP4470 – Q1 2012
  30. 30. 4ª Generación OMAP4
  31. 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. 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. 33. 4ª Generación16Mpx ISP Scorpion Scorpion16Mpx 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. 34. 5G 4G OMAP5 3G OMAP4 2G OMAP3 OMAP21G OMAP1 A modo de curiosidad
  35. 35. 5ª Generación OMAP5
  36. 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 1,9371176JZ(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. 37. Comparativa Consumo
  38. 38. Comparativa  Consumo0,4000,3500,300 ARM 7 TDMI0,250 ARM 926EJ-S ARM 1176JZ(F)-S0,200 ARM Cortex-A8 ARM Cortex-A90,1500,1000,0500,000 mW/DMIPS
  39. 39. Comparativa Dhrystone mW/DMIP Nombre Velocidad Mhz Consumo W MIPS SIntel Core i7 3467-3733 130 153.000 0,850 (990X EE)AMD Athlon 1600 18 10.055 1,790Neo x2 L335 Intel Atom 1660 2 4.155 0,481 N280ARM Cortex- 2000 0,276 10.000 0,0276 A9Intel Core 2 2200 35 11.254 3,110 Duo T6670ARM Cortex- 500 0,375 1000 0,375 A8AMD Geode 500 4 740 5,4054 LX 800
  40. 40. Comparativa 5,4054 Consumo 3,11 1,79 0,85 0,481 0,375 0,0276 mW/DMIPS
  41. 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. 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. 43. Conclusiones Tendencia ◦ Mejora prestaciones multimedia ◦ Sistemas cada vez más cercanos a un PC ◦ Cuello de botella → Consumo → Batería → Tamaño
  44. 44. ¿Preguntas? ¿?

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