terça-feira, 13 de maio de 2014

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Arquitetura ARM e os principais fabricantes de SoCs da atualidade!

Você sabe o que tem em comum em praticamente todos os Smartphones e Tablets atuais? Você já ouviu falar sobre Arquitetura ARM? Cortex A7, A8, A9, A15?


Pois bem, neste post você irá saber um pouco sobre essa arquitetura que vem ganhando muito espaço e está por todo lado!

Falaremos sobre os principais fabricantes do mundo mobile da atualidade que fazem uso dessa arquitetura, então preparem um mate e uma pipoca e te apiche na cadeira, vivente!





Arquitetura ARM

Os microcontroladores e microprocessadores ARM  (Advanced RISC Machines) são CPUs de 32 bits que utilizam a filosofia RISC (Reduced Instruction Set Computer) e foram as primeiras máquinas RISC fornecidas comercialmente. Essas CPUs surgiram no início da década de 80, resultado do projeto inovador de um bem sucedido fabricante britânico de computadores chamado Acorn Computer Group. Assim como seus concorrentes da época (Atari, Apple, Commodore, Sinclair, etc), a Acorn fabricava microcomputadores que utilizavam microprocessadores de 8 bits (no caso, o 6502), porém os novos projetos necessitavam de um microprocessador rápido, de programação simples e construção barata. Após pesquisas e análises das opções disponíveis no mercado, a Acorn decidiu iniciar por conta própria o projeto de um microprocessador totalmente novo, empregando uma arquitetura de 32 bits. 

Em 1985 surgiram os primeiros exemplares do microprocessador ARM1 (Acorn RISC Machine 1) e, no ano seguinte, a versão comercial ARM2. Esses microprocessadores possuíam um barramento de dados de 32 bits e outro de endereços de 26 bits (que permitiam endereçar até 64MiB de memória. Incluíam também um conjunto de 16 registradores de 32 bits, sendo um deles destinado ao contador de programa e bits de estado do processador. As versões iniciais dos microprocessadores ARM (ARM2 e ARM3) foram utilizadas nos primeiros computadores RISC pessoais (Archimedes 300, 400 e 500) fabricados pela Acorn.

Em 1990, a Acorn Computer Group, a Apple Computer e a VLSI Technology uniram-se para formar a ARM Limited (Advanced RISC Machines), e em 1991 foi lançada a primeira versão comercial, o ARM6, juntamente com o primeiro microprocessador da ARM, o ARM610. Os principais conceitos por trás da arquitetura ARM são a simplicidade, baixo custo e baixo consumo.

Atualmente, a ARM Limited não fabrica chips, apenas desenvolve o projeto e licencia o uso de suas CPUs (a sua propriedade intelectual) para que outros fabricantes (como Cirrus Logic, STMicroelectronics, NXP, Texas Instruments, Atmel, Samsung, Sharp, Qualcomm, Nvidia, etc) possam produzir ou alterar as CPUs. 

O licenciamento simples permite apenas produzir os chips. Já na outra forma de licenciamento, o fabricante recebe o projeto da CPU através de um código em uma linguagem de descrição de hardware (VHDL ou Verilog), podendo assim implementar novas funções que irão diferenciar os  seus  microprocessadores  dos  demais  fabricantes.  Tal  licença  é caracterizada pela adição do sufixo S no nome da CPU em questão (ARM7TDMI, licença somente para fabricação; ARM7TDMI-S, licença em código sintetizável com direito a alterações).


Tá, mas e aí? Onde está a relação disso com Smartphones? Calma, já estamos chegando lá.

Bom, como a Arquitetura ARM traz baixíssimo custo, baixo consumo e bom desempenho, porque não fazer processadores para Tablets, Smartphones, Smart TVs, vídeo games portáteis e muitas outras coisas? Aí que o negócio começa a pegar apreço área mobile. A arquitetura ARM já era conhecida por muitas empresas e já tinha provado o suficiente para os entendidos do assunto, junto com isso começou a produção dos Dumbphones e principalmente Smartphones que necessitavam algo melhor que os atuais chips de celulares convencionais. Então começou a produção em massa de chips para Smartphones, deles todos ou quase todos utilizando a arquitetura ARM por trás, porém produzidos por empresas diferentes pois como dito lá em cima, a ARM Limited só licencia o uso das CPUs para os fabricantes.

Atualmente, grandes empresas como Qualcomm, Mediatek, Nvidia, Samsung e Apple, produzem seus chips baseando-se na Arquitetura ARM, alcançando tranquilamente 98% de todos os Tablets e Smartphones que fazem a alegria de seus proprietários. E não somente é utilizado em quantidade, como esse tipo de arquitetura também é usada em uma grande variedade de produtos, como Smart TVs, roteadores, Smart Watches, Vídeo Games portáteis (como Nintendo DS, PSP, Nvidia Shield), entre diversos outros aparelhos.

A tecnologia por trás do ARM é tão boa, e tão reconhecida, que Intel e AMD, grandes empresas de processadores de Computadores e Notebooks (caso você tenha ficado muitos anos congelado numa cápsula e não saiba), estão com planos para lançarem processadores com a arquitetura ARM. 

A AMD deve lançar ainda este ano esses processadores, destinados a servidores de Cloud Computing, e não para por aí. Essa semana a AMD anunciou o Project SkyBridge, que pretende unir as arquiteturas ARM e x86 em um único processador, mas o lançamento deste produto está agendado somente para 2015. 

A Intel não fica para trás nisso não. No final do ano passado anunciou que irá produzir processadores utilizando a arquitetura ARM, porém, num primeiro momento, estes processadores não estarão presentes em Smartphones e Tablets, sendo exclusivos para a Altera (fabricante de dispositivos lógicos programáveis) e rodará em equipamentos de comunicação, aplicações militares e outras máquinas. O chip feitos sob encomenda para a Altera será batizados de Startix 10 e chegará ainda esse ano.

Vale lembrar também que a última versão do Windows possui suporte a processadores baseados em ARM (Windows 8 RT) e, por mais que seja bem "capado", mostra uma certa preocupação da gigante Microsoft em fazer um Software compatível com a arquitetura. Essa versão, do Sistema Operacional de Computadores mais usado no mundo, teve como foco principal ganhar espaço no mundo dos Tablets, mas como disse antes ele é meio "capado" e não conseguiu muito espaço no mercado. Talvez numa próxima, Microsoft.

Agora veremos as principais fabricantes de System-on-a-chip (SoCs)  da atualidade, assim como falaremos de alguns chips e Smartphones que utilizam esses chips.

SoCs Qualcomm Snapdragon
Hoje sem dúvidas a maior e mais famosa fabricante de chips de Smartphones, a Qualcomm produz os chips da maioria dos Smartphones High-End disponíveis no mercado, mas também presente em muitos Low-end e Mid-range. A Qualcomm vem evoluindo muito em suas linhas de processadores, muito conhecida e com excelentes chips é sem dúvida a queridinha de muitas fabricantes de Smartphones e Tablets.

Seu processador mais potente em Smartphones já lançados é o Qualcomm Snapdragon 801, que possui 4 núcleos rodando a até 2.45 GHz em conjunto com uma ótima GPU Adreno 330 (com até 578MHz). Esse dragão monstro ai está presente em Smartphones como o Samsung Galaxy S5, Xperia Z2 e HTC One (M8). O Snapdragon 801 é uma versão pouco melhorada do Snapdragon 800 que está presente em aparelhos como Xperia Z1, LG G2, Nexus 5, Lumia 1520 e Xiaomi Mi 3.

O sucessor do Snapdragon 801 já foi anunciado, mas até onde encontrei não está presente em nenhum Smartphone muito "conhecido" aos brasileiros.O Snapdragon 805 estará presente no Leaked Pantech Vega Iron 2 (aposto que ninguém conhece) e sera um Quad-Core de até 2.5Ghz e Adreno 420 que promete ser até 40% mais rápida que a Adreno 330.

Todos os Smartphones da linha Lumia da Nokia possuem uma versão de processador Snapdragon. Motorola Moto X, Moto G, Xperia SP, Xperia ZQ, Samsung Galaxy S4 LTE, HTC One, Nexus 4, LG Optimus G e outros muitos tem por baixo do capô um Processador da Qualcomm.

Não encontramos informações oficiais de qual versão do ARM os SoCs citados da Qualcomm são baseados, mas acreditamos que seja baseado no Cortex-A15.

Essa semana a Qualcomm e o Governo Federal firmaram acordo para produção de componentes no Brasil. O acordo prevê a fabricação de uma tecnologia totalmente nova que estará disponível entre final de 2014 e início de 2015. Ainda não foram divulgados muitos detalhes da parceria, mas teremos produção em solo nacional de uma tecnologia de alto desempenho para Smartphones e Tablets que atualmente não está disponível no mercado mundial.


De acordo com Rafael Steinhauer, presidente da Qualcomm na América Latina “não existe comercialmente ainda, mas não é um semicondutor novo. Pode ter impacto na performance, no tamanho, na velocidade e no custo [dos aparelhos]”. Isso é um grande e importante passo para o mercado nacional de Smartphones.


Bom, como visto acima o "Dragão" da Qualcomm está presente em muitos Smartphones top de linha atualmente. Para saber mais sobre os Snapdragons, visite: Qualcomm Snapdragon ou na Wikipedia a tabela com todos os chips já lançados e em quais celulares cada um deles está presente. Muito útil na hora de comparar especificações de Smartphones que por vezes tem preços similares, mas chips absurdamente diferentes.



SoCs Nvidia
A Nvidia é mundialmente conhecida pelas suas placas de vídeos ótimas e com certeza é a principal fonte de renda da empresa americana. Mas eles tentaram e ainda tentam ganhar espaço na fabricação de chips para Smartphones e Tablets. A principal "vantagem" de um SoCs da Nvidia é na parte gráfica, que geralmente é superior aos seus concorrentes, porém com CPU mais fracas, e possivelmente com um preço pouco mais elevado em seus chips.

A Nvidia entrou de fato no mercado mobile com o Tegra 2 (Dual-core 1.0Ghz), que chegou no inicio de 2011 com o Motorola Atrix "O Smartphone mais poderoso do mundo" e estava presente em outros aparelhos como LG Optimus 2X, Sony Tablet S, Asus Eeepad TF101. 

Após isso veio o Tegra 3 que chegou no final de 2011, o Tegra 3 é um Quad-Core que roda até 1.6Ghz e foi a escolha do Google para equipar o seu primeiro Tablet, o Nexus 7. Além do Nexus 7 o Tegra 3 estava presente em outros aparelhos como HTC One X, LG Optimus 4X, Tablet Acer Iconia A700 e A210 e o Video Game Ouya (que roda Android).

A aposta atual da Nvidia é o Tegra 4 baseado no ARM Cortex-A15, que possui um processador Quad-core operando a até 1.9 Ghz, presente em uma das versões do Xiaomi Mi3, no seus vídeo game portátil Nvidia Shield e também no Tablet Gradiente Tegra Note.

O próximo passo da Nvidia é o Tegra K1, que possui um processdor Quad-core 2.3Ghz e GPU baseada na tecnologia Nvidia Kepler (presente nas melhores placas gráficas de computadores da empresa). Esse chip também será baseado no ARM Cortex-A15.

Todos esses SoCs, como dito anteriormente, possuem um processamento gráfico "acima da média" e isto faz com que sejam bem potentes quando o assunto é jogos, inclusive com alguns jogos tendo versões exclusivas com gráficos muito mais detalhados, como Dead Trigger e Samurai II. Apesar deste grande apelo para a área gaming, a Nvidia não ganhou muito espaço na área Mobile e ainda não sabemos o exatamente o porquê.

Mais informações dos SoCs Nvidia podem ser encontradas no site oficial ou na Wikipedia.



SoCs Mediatek
A Mediatek, empresa de Taiwan, vem investindo bastante na área de pesquisa para produção de SoCs voltados a área mobile. Seus chips vem evoluindo bastante e mesmo sendo menos conhecida por aqui no Brasil, e não equipar os Smartphones mais famosos, a Mediatek está presente em um a cada três Smartphones do mundo e foi a primeira empresa a apresentar um processador Mobile Octa-core de verdade (diferente do "Octa-core" da Samsung que falaremos mais adiante).

O Processador Mediatek MT6592 é o mais potente SoC da Mediatek no momento. É o primeiro processador voltado a área Mobile com 8 Núcleos simultâneos e promete incomodar bastante. Ele é capaz de rodar em velocidades de até 2Ghz por núcleo e possui GPU ARM Mali-450. Esse chip é baseado no "antigo" Cortex-A7, mas apresenta um ótimo desempenho segundo testes encontrados na internet.

Os processadores Mediatek estão presentes em muitos (muitos mesmos) Smartphones de baixo custo vendidos principalmente na China e outros países do Oriente. A grande jogada da Mediatek é oferecer SoCs a preços incrivelmente baixos e com bom desempenho, isso atrai "pequenas" empresas que querem produzir Smartphones de baixo custo para ganhar espaço no mercado, porém as vezes atrai empresas maiores que querem lançar Smartphones de baixo custo, como é o caso da Sony com seu Xperia C que possui um processador Quad-Core 1.2Ghz (MTK6589) 3 do Motorola D3 com um Dual-Core 1.2Ghz (MTK6577).

Alguns rumores apontam para que a Samsung passe a utilizar SoCs da Mediatek em alguns aparelhos, mas ainda não encontramos nada oficial. Mas quem sabe num futuro próximo.

Para saber mais sobre os Mediatek, visite a Página Oficial ou na Wikipedia, onde é possível encontrar vários chips e alguns dos aparelhos que o utilizam.



SoCs Samsung-Exynos
A Samsung não produz somente Smartphones, ela também é criadora de chips presentes em muitos dos Galaxys disponíveis no mercado e responsável também pela produção dos chips presentes em alguns modelos de iPhones, iPods e iPads (sim, é verdade).

Bom, como prometido, vamos falar do Processador "Octa-core" da Samsung, presente na versão 3G do Galaxy S4 (I9500). O Exynos 5 Octa 5410 sugere ser um processador octa-core, mas na verdade é um chip com dois processadores quad-core, sendo um quad-core 1.6 GHz Cortex-A15 e outro quad-core 1.2 GHz Cortex-A7. Os núcleos trabalham de forma que quando o Smartphone está "ocioso" ou com pouca coisa a processar, ele utiliza o processador mais fraco e quando está sob uso intenso faz uso do processador mais potente. Assim, ele nunca utiliza os 8 núcleos simultaneamente como um verdadeiro octa-core faria. Esse tipo de arquitetura é chamada de big.LITTLE.

Houve muita reclamação de baixo desempenho e excesso de calor na versão I9500 do Galaxy S4, sem falar é claro da aparentemente falta de suporte ao 4G (LTE) o que fez a Samsung lançace outra versão do Galaxy S4, a I9505, com processador produzido pela Qualcomm, o Snapdragon 600 Quad-core 1.9 Ghz e Adreno 320. Este sim com suporte a 4G (LTE).

A Samsung produz a muito tempo os processadores dos iPhones, desde o Iphone 4 pelo que pudemos encontrar. Claro que essas informações não são divulgadas pela empresa da Maçã, nem pela sua "rival", mas os processadores presentes nos iPhones 4, 4S, 5 e 5S são produzidos pela coreana. Mas não para por ai, ela também fornece outros componentes dos iGadgets, como telas e memórias.

O SoC mais potente da Samsung já presente em um aparelho é o Exynos 5 Octa 5420 presente em uma versão do Galaxy Note 3 (N9000) que não é comercializada oficialmente no Brasil. Nada mais é que o processador presente no Galaxy S4 3G um pouco melhorado, pois possui um processador Quad-core 1.9 GHz Cortex-A15 e um quad-core 1.3 GHz Cortex-A7. 

Mas a Samsung já anunciou um novo Exynos 5 Octa, o 5422, que pode ser utilizado em outra versão do Galaxy S5 (ainda não anunciado oficialmente), esse chip possui um processador Quad-core Cortex-A15 2.1GHz e outro Quad-core Cortex-A7 1.5GHz.

Mais informações sobre os SoCs da Samsung podem ser visualizados na Página Oficial ou na Wikipedia.

SoCs TI Omap (Ou Texas Intruments) 


A Texas Instruments como o próprio nome já diz é uma empresa do estado do Texas nos Estados Unidos, criada em 1951 que trouxe muita inovações tecnológicas para nosso mundinho. Seu foco era na produção de semicondutores, mas infelizmente não acertou tanto assim nos chips voltados a mobile.

Um dos seus chips mais "populares", o Ti Omap 4430 (Cortex-A9) Dual-Core que roda até 1.2Ghz por núcleo e possui GPU PowerVR SGX540, está presente em vários aparelhos conhecidos como os Smartphones LG Optimus L9, LG Optimus 3D, Motorola Razr, Motorola Milestone 3, Motorola Atrix 2 e os Tablets Motorola Xoom 2 Media Edition, Samsung Galaxy Tab 2 e Amazon Kindle Fire.

Mais informações podem ser encontradas no bagunçado site oficial ou no Wikipedia.



SoCs Intel
Todos os SoCs falados anteriormente utilizam arquitetura ARM, porém vale ressaltar que não é só de ARM que vive os Smartphones e Tablets. A Intel produziu alguns chips Intel Atom utilizando-se da arquitetura x86 (presente nos computadores) afim de ganhar espaço também na área mobile. O queridinho de muitos brasileiros, o Motorola Razr I, é talvez o Smartphone mais famoso que utiliza um chip da Intel. Já no mundo dos Tablets temos o Dell Venue 8 e Asus Fonepad 7. Como x86 não é o foco aqui, não vamos entrar em muitos detalhes sobre os chips Intel.

Mais informações podem ser visualizadas no site oficial ou na Wikipedia.


O Futuro do ARM

Até onde a Arquitetura ARM pode chegar não sabemos, mas com certeza tem um futuro promissor. A arquitetura criada pela empresa britânica ARM Limited está muito além do que podia se imaginar a 20 anos, cada dia fazendo anúncios com mais poder de fogo e mais tecnologia.

As criações da empresa estão em todas as partes, em todos os cantos, em todas os países, dentro de praticamente todos os Smartphones e Tablets disponíveis no mercado, e provavelmente vão continuar ganhando cada vez mais espaço.

A empresa já anunciou a nova linha Cortex-A50 Series com o Cortex-A57, que será produzido em parceria com a TSMC, e deve apresentar três vezes (sim eu disse 3) mais capacidade de processamento que a atual geração, além de prometer prolongar a vida útil das baterias utilizadas (ou seja, consumir menos energia). Além de tudo, ainda trará suporte a instruções 64 bits, o que possibilita Smartphones e Tablets com mais que 4Gb de Memória RAM. A ideia é que ainda esse ano já comece a produção de Chips baseadas no Cortex-A50. Estou extremamente ansioso para ver isso na prática, pois no papel é simplesmente MARAVILHOSO.

Bom, era isso. Espero que tenham gostado desse texto gigante e tenha esclarecido algumas, ou todas, suas dúvidas sobre processadores ARM. Deixem seus comentários sobre Arquitetura ARM. 

Gostaria de fazer um agradecimento especial ao meu amigo Lucas Mathias de Curitiba, por ter me ajudado na escrita e revisão do texto.


*SoCs ou System-on-a-chip (sistema-em-um-chip em português) é o nome dado a um chip integrado que possui todos os componentes de um computador ou sistema eletrônico (no nosso caso, Smartphones e Tablets).


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