NVIDIA Tegra 3 – Världens första fyrkärniga processor för smartphones

Fyra plus en kärna för längre batteritid

NVIDIA lättade på locket för Tegra 3 tidigare i höst och berättade att deras fyrkärniga processor faktiskt kommer med fem kärnor. Men med tanke på hur man byggt upp tekniken skulle vi säga att den inte är värdig att kallas en femkärnig processor och NVIDIA håller med. Den femte kärnan finns bara där för att få ned strömförbrukningen, vilket är en av huvudingredienserna i Tegra 3.

Den femte kompanjon-kärnan

Tegra 3 kommer med totalt fem ARM Cortex-A9-kärnor men max fyra kan användas samtidigt. Den femte kärnan är en följeslagare som finns till för att få ned strömförbrukningen, med hjälp av en teknik NVIDIA kallar vSMP (Variable Symmetric Multiprocessing). Men vSMP kan även dynamiskt ändra klockfrekvenserna på de övriga fyra kärnorna – återigen för lägre strömförbrukning.

Den femte kärnan är byggd med LP-transistorer (Low Power) som är optimerade för lägre strömläckage och därmed lägre strömförbrukning. Men en nackdel är att den inte kan uppnå höga frekvenser, vilket det inte är meningen att den ska heller. Kompanjonkärnan ska köras i låga klockfrekvenser, med låg strömförbrukning för att ta hand om lättare uppgifter och bakgrundsapplikationer. Därför går den som högst i 500 MHz. Det här är ett bättre alternativ än att låta en kärna på 1 GHz och uppåt alltid vara aktiverad i bakgrunden som drar mer ström.

Om vi pratar om de vanliga kärnorna, byggda med normala GP-transistorer (General Purpose) och läcker mer ström, men har även potential för högre klockfrekvenser. Det är alltså den här delen som är den fyrkärniga biten i Tegra 3. Processorn har dessutom variabla klockfrekvenser som kan ändras dynamiskt. När en kärna används kan den arbeta i upp till 1,4 GHz, medan när två till fyra används går de upp i 1,3 GHz. Kärnor som inte används stängs av helt med hjälp av Power-gating-tekniken.

Att vi hela tiden säger upp till en viss klockfrekvens är även en del i vSMP. Tekniken NVIDIA utvecklat ställer dynamiskt in olika klockfrekvenser och spänningar även detta för att spara ström. Men istället för att gå in på hur tekniken fungerar i teorin, illustrerar videoklippet nedan hur det kan se ut i praktiken och hur Tegra 3 dynamiskt byter mellan sina fyra kärnor, och kompanjonkärnan.

Så vSMP har som fokus att åstadkomma två saker: högre prestanda, och lägre strömförbrukning. Vad som även är intressant med tekniken är att den är helt transparent för operativsystemet och är någonting som sköts helt själv av hårdvaran. NVIDIA:s Tegra 3 känner av när det är bäst att köra med de fyra ordinarie kärnorna, eller den svaga, men strömsnåla kompanjonkärnan. Varken utvecklare av operativsystem, eller app-utvecklare behöver alltså ha tekniken i åtanke utan den ska helt enkelt bara fungera.

NVIDIA är noga att påpeka, att alla fem kärnor aldrig kommer vara aktiverade – någonsin. Antingen är det den femte kompanjonkärnan, eller de fyra normala kärnorna som gäller. Det här säger de inte är något problem då fyra kärnor är ”sweet spot” på marknaden idag. Med tanke på teknikens natur, är det alltså mer korrekt att kalla Tegra 3 för en fyrkärnig-systemprocessor, och vi ska se kompanjonkärnan för vad det egentligen är – en sofistikerad strömsparkfunktion.

Värt att nämna är att Tegra 3 enligt Nvidia ser till och med uppspelning av 1080p high profile video som en lätt belastning, vilket bör betyda riktigt god batteritid vid videuppspelning där kompanjonkärmam klarar sig på egen hand även med högupplösta klipp.

NVIDIA första med fyra kärnor

NVIDIA blir först på den ultramobila marknaden för surfplattor och smartphones med fyra kärnor. Faktiskt är de det enda företaget som har för avsikt att släppa en fyrkärnig systemprocessor på 40nm, och de andra aktörerna så som Qualcomm och Texas Instruments kommer inte med sina fyrkärniga lösningar först 28nm någon gång senare under nästa år.

Men hur ser då mjukvarustödet ut? NVIDIA säger att den mobila marknaden har anpassat sig mycket snabbare än tidigare exempel med att gå över till flerkärnigt stöd. Detta på grund av att de mobila ekosystemen (iOS, Android, Windows Phone med mera) allt mer börjar anpassas för att kunna utföra de arbetsuppgifter som i PC-miljö.

De flesta utvecklarpaket är anpassade för flera kärnor och Android är i grund och botten är baserat på Linux som har nativt stöd för flera kärnor. Sedan lanseringen av Android 2.3, 3.0, 3.1, 3.2 och nu 4.0 har man kontinuerligt förbättrat operativsystemets förmåga att nyttja kraften i flera kärnor som även demonstreras i videoklippet ovan. Så NVIDIA är säkra på att deras fyrkärniga flaggskepp kommer att kunna utnyttjas till fullo.

Coremark är ett benchmark utvecklat för att mäta processorprestanda, och enligt detta så ska Tegra 3 vara i nivå med Core 2 Duo T7200. Processorn från Intel är baserad på deras Conroe-arkitektur och kommer med två kärnor på 2,0 GHz. Det är knappast prestanda i världsklass, men det är mer än tillräckligt för de allra flestas behov – speciellt i en smartphone och surfplatta.

Märk väl att dessa prestandauppskattningar kommer från Nvidia själva och från endast ett syntetiskt prestandatest, men bör ge oss en hyfsad uppskattning av kapaciteten i Tegra 3. En tydligare bild av prestandan kan vi ge när vi får chans att klämma på de första enheterna.