Multi-Core-ARM-CPUs: Geht die Wintel-Ära bald zu Ende?

Die aktuellen OMAP4-CPUs von Texas Instruments (TI) sind in etwa vergleichbar mit den Tegra-2-Prozessoren von Nvidia. Sie nutzen ebenfalls den Cortex-A9-Core. Das derzeitig verfügbare Modell OMAP4430 taktet mit 1 GHz. Später soll der OMAP4440 mit 1,5 GHz erscheinen. TI produziert in 45 Nanometer, was zu einem etwas höheren Stromverbrauch gegenüber Nvidias Tegra-2-CPUs führt.

Allerdings unterstützt die GPU SGX 540 von PowerVR bereits heute 3D-Displays. Ein weiterer Vorteil TI-Chips gegenüber dem Tegra 2 ist die SIMD-Engine. Dadurch ist der TI-Chip schneller als der Tegra 2, allerdings geht auch dieses Feature auf Kosten des Stromverbrauchs.

Während LG sich beim Optimus Speed P990 für den Tegra 2 entschieden hat, wird es sein 3D-Handy Optimus 3D mit einem TI-Prozessor ausstatten. Da die Unterstützung von mehreren Plattformen für einen Hersteller ein nicht zu unterschätzender Kostenfaktor ist, kann man davon ausgehen, dass es noch eine Weile dauert, bis Nvidia den Tegra-2-3D in großen Stückzahlen liefern kann.

Für die Zukunft hat sich TI ein besonderes Design einfallen lassen. Ende 2011 sollen erste Testmuster zweier OMAP5-CPUs verfügbar sein. Sie sollen in den ersten Quad-Core-Smartphones zum Einsatz kommen. Allerdings handelt es sich um einen "Schummel-Quad-Core". Die CPUs OMAP5430 und OMAP5432 besitzen zwei Cortex-A15-Kerne und zwei Cortex-M4-Kerne.

Die Cortex-M-Serie ist ARMs Low-End-Design, das beispielsweise bei der Programmsteuerung von Wasch- und Spülmaschinen eingesetzt wird. Für High-End-Geräte wie Tablets und Smartphones ist ausschließlich die Cortex-A-Serie vorgesehen. Dazwischen gibt es noch die Cortex-R-Serie.

Die Idee von TI ist, Prozesse, die derzeit wenig Rechenzeit benötigen, auf die beiden Cortex-M4-Cores zu verlagern, die wesentlich weniger Strom verbrauchen. Doch das ist einfacher gesagt als getan. Die Cortex-M4-CPUs besitzen nämlich nicht alle Features der Cortex-A15-Architektur. Insbesondere fehlt Ihnen Jazelle RCT. Das ist die Technologie, die die Ausführung von JIT-kompiliertem Bytecode unterstützt. Android und Windows Phone 7 hängen mit ihren VMs Dalvik und .NET davon ab.

Denkbar ist natürlich, dass Apps grundsätzlich nur auf den beiden Cortex-A15-Kernen laufen, während nativ programmierte Betriebssystemfunktionen auf allen vier Cores ausgeführt werden können.

Dazu ist es natürlich erforderlich, eine entsprechende Betriebssystemunterstützung zu entwickeln. Wenn vier identische Cores vorhanden sind, ist es unerheblich, auf welchen Core der Scheduler einen Thread legt. Bei unterschiedlichen Cores muss das nach Rechenbedarf geschehen. Außerdem muss geprüft werden, welcher Thread überhaupt auf einem bestimmten Core lauffähig ist.

Ob sich Google darauf einlässt, den Linux-Kernel entsprechend anzupassen und ob die Linux-Kernel-Entwickler solche Änderungen akzeptieren werden, ist zwar fraglich, aber auch nicht abwegig. Die Idee ist durchaus innovativ, jedoch ist die Strategie riskant. Schließlich ist nicht bewiesen, dass das Design in der Praxis handfeste Vorteile gegenüber einem Dual-Core-Smartphone bringt.

Die beiden OMAP-5-CPUs unterscheiden sich darin, dass der OMAP5430 LPDDR2-RAM unterstützt, während der OMAP5432 DDR3- und DDR3L-Module erwartet. Letzterer wird daher vermutlich eher für Tablets gedacht sein.

Die OMAP5-Prozessoren werden in 28-Nanometer-Technologie gefertigt und sind mit 2 GHz getaktet. Die beiden Cortex-A15-Cores bieten gegenüber Cortex-A9-CPUs noch einmal Vorteile in der Architektur. Die NEON-Engine wurde gegenüber dem Cortex-A9 weiter verbessert. Außerdem werden bis zu 1 TByte RAM über Physical Address Extensions und Hardwarevirtualisierung unterstützt.