2011: de strijd om de beste tabletprocessor

Inleiding

Een paar jaar geleden hadden de grote processorfabrikanten hun pijlen nog allemaal gericht op de desktop- en laptopmarkt. Daar werden grote volumes verhandeld, daar viel het geld te verdienen. Jarenlang ging het om de strijd tussen Intel en AMD. De laatste jaren lijkt de strijd echter minder fel. Hoewel processors nog steeds alsmaar sneller worden, bieden zelfs de goedkoopste cpu's tegenwoordig voldoende prestaties voor huis-, tuin- en keukengebruik. AMD zei onlangs zelfs dat de aloude strijd tegen Intel losgelaten moet worden.

Momenteel gaat alle aandacht uit naar zuinige processors voor tablets, smartphones en andere draagbare apparaten, die de accu niet binnen enkele uren leegslurpen. AMD betrad dit jaar de markt voor low-power chips met zijn Fusion-platform en Intel werkt hard om zijn Atom-chips zuiniger en sneller te maken.

Intel en AMD zijn echter laatkomers in deze markt; fabrikanten die processors op basis van de ARM-architectuur bouwen, zijn al veel langer bezig met het maken van low-power chips. Qualcomm, Texas Instruments, Nvidia en Samsung hebben allemaal baat bij de explosief groeiende vraag naar mobiele apparaten. Zij zijn de nieuwe concurrenten van Intel en AMD. Nvidia, van huis uit een fabrikant van videokaarten, denkt zelfs dat zijn Tegra-ARM-processors binnen niet al te lange tijd een grotere inkomstenpost worden dan de gpu-afdeling.

In dit jaaroverzicht bekijken we de ontwikkelingen in deze sector in het afgelopen jaar: welke technologieën werden geïntroduceerd en wie was er succesvol? Ook blikken we vooruit naar wat we allemaal in 2012 kunnen verwachten.

Intel: Oak Trail slaat niet aan

Intel logo (60 pix) Toen Intel begin 2008 zijn Atom-chips introduceerde, had het bedrijf twee producten in gedachten: nettops en netbooks. Vooral de kleine, goedkope notebooks gingen een paar jaar lang als warme broodjes over de toonbank. De laatste maanden is de verkoop van netbooks echter ingestort en een aantal fabrikanten zal in 2012 hoogstwaarschijnlijk uit de netbookmarkt stappen.

Hoewel Intel nog steeds Atom-chips voor dergelijke machines maakt - en zelfs nog plannen voor nieuwe versies heeft - ontdekte het bedrijf ook een nieuwe afzetmarkt ontdekt voor de zuinige chips: die van smartphones en tablets. Halverwege 2011 kwam de chipgigant daarom met het Oak Trail-platform, dat speciaal voor zulke apparaten was ontwikkeld. Oak Trail bestaat uit een singlecore Atom-processor in de Z5xx- of Z6xx-reeks in combinatie met een SM35 Express-chipset.

Intel Atom Oak Trail

Producten met Oak Trail-chips werden op de CeBit- en Computex-beurzen getoond, maar slaagden er niet in om door te breken. Er is een handjevol Windows 7-tablets met Intels nieuwe hardware uitgekomen, maar deze markt is heel erg klein. Op Computex liet Intel enkele prototypes van Android-tablets met Oak Trail zien, maar ook die wisten geen hoge ogen te gooien.

We hebben afgelopen jaar met zowel Windows 7- als Android-hardware op basis van Oak Trail kunnen spelen, en beide keren moesten we dezelfde conclusie trekken: de apparaten waren traag en in het geval van de Android-tablet ook nog eens erg warm.

Intel besteedde op de Computex-beurs in Taiwan meerdere sessies en bijeenkomsten aan de Atom en benadrukte elke keer dat de chip een geweldige optie was voor smartphones en tablets. Onze ervaringen met Oak Trail staan daar haaks op en het feit dat er nauwelijks Oak Trail-tablets op de markt zijn verschenen, zien we als een bevestiging daarvan. Intel heeft op dit moment simpelweg geen goed product voor tablets voorhanden, laat staan voor smartphones.

Nu is dat ook niet alleen maar aan de hardware te wijten. Het Android-platform is bijvoorbeeld grotendeels geoptimaliseerd voor de ARM-instructieset, waarbij Google bepaalde versies zelfs optimaliseert voor chips van een specifieke fabrikant. Met versie 4.0 moeten ook x86-chips als de Atom beter ondersteund worden. Ook dat de Atom is afgeleid van een laptopprocessor, is momenteel nog een struikelblok: de combinatie van een losse processor en chipset neemt meer ruimte in en gebruikt meer stroom.

Toch ziet de toekomst er voor Intel niet heel somber uit. Daar komen we later in dit artikel nog op terug.

AMD: Fusion en apu's

AMD AMD bracht dit jaar twee nieuwe platforms uit: Bulldozer en Fusion. De eerste omvat high-end processors voor desktops en servers, terwijl Fusion vooral voor mobiele hardware is bedoeld. Het Fusion-platform bestaat momenteel uit enkele families. Met de Llano-apu's mikt AMD op notebooks en simpele desktops, terwijl de Brazos-chips de Atom-chips van Intel moet beconcurreren.

De Brazos-lijn bestaat uit de Ontario- en Zacate-apu's die respectievelijk 9W en 18W verstoken. Beide chips bestaan uit een of twee Bobcat-x86-cores en een relatief krachtige gpu. Voor de tabletmarkt is vooral de C-serie uit de Ontario-familie interessant vanwege zijn relatief lage tdp. Smartphones met AMD-hardware hoeven we voorlopig niet te verwachten; de fabrikant meent dat smartphones niet aansluiten bij zijn hardware.

Op papier zijn de Ontario-apu's een goede concurrent voor de Oak Trail-Atoms, maar ook voor de chips van AMD lopen tabletfabrikanten nog niet warm. MSI bracht bijvoorbeeld wel de Wind 110W uit, maar Android-tablets met Ontario's waren in geen velden of wegen te bekennen. Hoewel Googles besturingssysteem op Linux gebaseerd is, blijkt het toch lastig om het goed werkend te krijgen op x86-hardware.

AMD Fusion

Net als de Atom bestaan Ontario-apu's uit een losse processor en een chipset, wat het stroomgebruik niet ten goede komt. De ARM-chips waarmee AMD moet concurreren, gebruiken een system-on-a-chip-ontwerp dat alle benodigde functionaliteit in een enkele chip verpakt.

Waar Intel samenwerkt met Google om Android voor zijn processor te optimaliseren, heeft AMD voor de opensourcegemeenschap gekozen. Recentelijk kwam naar buiten dat de chipfabrikant het Android X86-project steunt, bijvoorbeeld door het verstrekken van tablets om software op te testen. Daarnaast staan de ontwikkelaars van de x86-port van Android in direct contact met AMD, dat voor ondersteuning en informatie zorgt.

AMD had aanvankelijk grote plannen voor het Brazos-platform in 2012, maar recentelijk kwam naar buiten dat het bedrijf de volgende generatie van het platform heeft uitgesteld en eerst met een refresh van de huidige chips komt.

ARM: Nvidia en Samsung

Nvidia Tegra-logo Nvidia is van origine een videokaartenfabrikant, maar de laatste jaren heeft het bedrijf veel geld, tijd en moeite gestoken in de ontwikkeling van eigen ARM-processors. Deze Tegra-chips werden voor het eerst ingezet in Microsofts geflopte Zune HD-mediaspelers. Met de introductie van de tweede generatie Tegra's wist Nvidia serieus voet aan de grond te krijgen in de tablet- en smartphonemarkt; het overgrote deel van de Android-tablets dat in 2011 op de markt kwam, werd aangedreven door een Tegra 2-chip. Deze processor beschikt over twee op 1GHz geklokte Cortex A9-cores en een low-power GeForce-gpu.

Terwijl de Tegra 2-chips de fabriek uitvlogen, was Nvidia al druk bezig met de ontwikkeling van de Tegra 3-quadcore. Eind 2011 onthulde het bedrijf dat de Tegra 3 naast vier reguliere processorkernen nog een extra companion-core zou krijgen. Deze vijfde kern wordt gebouwd met speciale transistors die minder stroom verbruiken. Daarnaast is de maximale kloksnelheid lager. Bij simpele taken worden de normale processorkernen uitgeschakeld en draait alleen de companion core. Zo moet het stroomverbruik binnen de perken blijven. De gpu is een stuk krachtiger en kan bovendien 1080p-video met hoge bitrates afspelen, waar zijn voorganger nog de nodige problemen mee had.

Net voor het einde van 2011 moet de eerste Tegra 3-tablet in Amerika uitkomen, de Asus Transformer Prime. Nederland volgt in januari 2012.

Samsung

Samsung Exynos Hoewel Samsung al ruime ervaring heeft met het ontwerpen en fabriceren van ARM-chips, zijn de marketinguitgaven rondom deze hardware in 2011 flink opgeschroefd. Waar de processors eerst nietszeggende typenamen vol cijfers hadden, zijn ze sinds begin 2011 allemaal onderdeel van de uitbundig aangeprezen Exynos-serie.

De populaire Samsung Galaxy S II-smartphone werd als eerste uitgerust met een Exynos: de 4210. Deze dualcore is net als de Tegra 2 gebaseerd is op de Cortex A9-processorcore van ARM, en draait op kloksnelheden van 1,2GHz tot 1,4GHz. In tegenstelling tot de Tegra 2 kan de 4210 overweg met NEON-instructies, die het verwerken van mediabestanden versnellen. Voor de grafische kant wordt het Mali 400-gpu-ontwerp van ARM gebruikt. Naast de Galaxy S II is de Exynos 4210 ook te vinden in Samsungs Galaxy Tab 7 Plus en Tab 7.7.

Samsung heeft al aangekondigd dat de 4210 opgevolgd zal worden door de 4212 die hogere kloksnelheden aankan en op een 32nm-procedé gebakken zal worden. Deze krijgt bovendien een snellere versie van de Mali-gpu. Het is nog niet bekend welke apparaten de 4212 gaan bevatten, maar de eerste hardwaresamples moeten nog eind dit jaar verschijnen.

ARM: Qualcomm, Texas Instruments en Apple

Qualcomm Snapdragon Qualcomm is een van de weinige fabrikanten van ARM-soc's die steevast zijn eigen processors ontwerpt. Het is gebruikelijk dat fabrikanten een standaardontwerp bij chipontwerper ARM kopen en die lichtjes aanpassen. Door zelf chips op basis van de ARM-instructieset te maken, kan Qualcomm in theorie meer prestaties per kloktik leveren dan de fabrikanten die ontwerpen van ARM gebruiken, zoals de Cortex A8 en A9.

De Amerikaanse chipfabrikant is al tijden huisleverancier van smartphonefabrikant HTC en ook in 2011 kwamen er weer een hoop toestellen met Qualcomm-processors uit. Naast HTC zijn ook LG, Samsung, HP en Sony grote afnemers.

Begin 2011 kwam Qualcomm met zijn eerste dualcore-soc , die twee Scorpion-kernen en een Adreno 220-gpu integreerde. De kloksnelheid is met 1,2GHz gelijk aan die van Samsung Exynos 4210 en de prestaties ontlopen elkaar niet veel. Wel is duidelijk dat de Adreno 220 geen krachtpatser is en zijn meerdere moet erkennen in de Mali-gpu. Qualcomm heeft in 2011 goed geboerd, maar voelt de hete adem van de concurrentie in de nek en zal in 2012 dus progressie moeten maken om bij te blijven.

Texas Instruments

Texas Instruments logo Google brengt sinds een paar jaar bij elke nieuwe versie van Android een smartphone uit, en dit jaar mocht Texas Instruments de hardware leveren. Android 4.0 is dan ook geoptimaliseerd voor de Omap 4460-soc van Texas Instruments. Dat maakt het voor telefoonfabrikanten erg aantrekkelijk om voor nieuwe smartphones de chips van het Amerikaanse bedrijf te gebruiken.

Naast de 4460 had TI dit jaar ook nog de Omap 4430 voor smartphones en tablets beschikbaar. Beide dualcores zijn gebaseerd op de Cortex A9-core van ARM. De 4430 draait maximaal op 1,2GHz, bij de 4460 ligt de maximale kloksnelheid met 1,5GHz wat hoger. Ook de PowerVR SGX540-gpu is in de 4460 wat hoger geklokt. Deze gpu zagen we overigens al in de Hummingbird-chip van Samsung en stamt alweer uit 2007. In de benchmarks van de Galaxy Nexus is de leeftijd van de gpu jammer genoeg duidelijk te merken.

De 4430 zagen we in tablets van Archos, de BlackBerry Playbook van RIM en de Razr van Motorola. De 4460 vond zijn weg naar de duurdere tablets van Archos en, zoals gezegd, naar het nieuwe vlaggenschip van Google: de Galaxy Nexus.

Apple

Apple A5-soc Sinds Apple in 2008 het bedrijf PA Semi overnam heeft het de technologie en de know-how in huis om zelf processors te maken. Deze worden onder andere in de iPhone en de iPad toegepast. Het eerste resultaat van de acquisitie was de Apple A4-singlecore uit de iPhone 4 en de iPad. In 2010 werd ook chipontwerper Intrinsity ingelijfd, die daarvoor nog met Samsung samenwerkte .

Afgelopen jaar kwam Apple met een nieuwe iPad en een nieuwe iPhone, en dus ook met een nieuwe chip. Net als bijna alle andere chipfabrikanten verdubbelde Apple het aantal processorcores en werd daarnaast een krachtigere gpu ingebouwd. De vooruitgang die Apple op het grafische vlak boekte, is echter vele malen groter dan bij de concurrentie. De A5 beschikt over een dualcore PowerVR SGX543MP2-gpu. Dit is veruit de snelste grafische chip die momenteel in smartphone of tablet te vinden is. Apple wil van zijn telefoons en tablets een gamingplatform maken - de A5 is hier in elk geval helemaal klaar voor.

Wat brengt 2012?

Hoewel de strijd op de markt voor zuinige hardware dit jaar al is losgebarsten, lijkt het erop dat deze in 2012 in een stroomversnelling zal raken. Allereerst zijn productietechnieken binnenkort volwassen genoeg om chips met featuresizes van 32nm en 28nm te produceren. Dit zorgt voor een reductie in die-size en een afname van het stroomverbruik. Daarnaast werken de chipontwerpers aan processors die efficiënter in elkaar steken, meer processorkernen bevatten en op hogere kloksnelheden draaien.

Intel

In de eerste helft van 2012 komt Intel met zijn nieuwste Atom: de Medfield. Deze chip wordt speciaal gemaakt voor tablets en smartphones. In tegenstelling tot Oak Trail wordt dit een system-on-a-chip die flink meer geheugenbandbreedte moet krijgen en minder energie zal verbruiken. Intel heeft nauw samengewerkt met Google aan de optimalisatie van Android 4.0, waardoor Medfield een aantrekkelijk alternatief voor ARM-socs moet worden.

Van Medfield zijn recentelijk al een paar reference designs met Android getoond en het lijkt een volwassener platform dan Oak Trail. Daarbij geeft de samenwerking tussen Intel en Google de hoop dat Medfield met Android 4.0 een goede concurrent voor de veelgebruikte ARM-platforms wordt.

AMD

Aanvankelijk was AMD van plan om in 2012 de Ontario- en Zacate-apu's te vervangen door Krishna en Wichita. Deze zouden op 28nm gebakken worden en zouden over een geïntegreerde southbridge beschikken, zodat we van een system-on-a-chip kunnen spreken. Recentelijk werd echter bekend dat AMD de introductie van Krishna en Wichita om nog onbekende redenen heeft geschrapt. In plaats daarvan komt AMD met versie 2.0 van het Brazos-platform, die enkele vernieuwingen met zich meebrengt maar lang niet zo revolutionair is als de oorspronkelijke plannen.

Daarmee komt de nadruk bij AMD voor de tabletmarkt te liggen bij het eerder aangekondigde Brazos T-platform. Deze chips worden vermoedelijk nog steeds met 40nm-procestechnologie gemaakt, maar AMD zou het stroomverbruik op andere manieren proberen terug te dringen. Zo is ondersteuning voor sata 600, pci-e en vga-aansluitingen verwijderd.

ARM

In het jaar 2012 gaan we voor het eerst ARM-chips op basis van het Cortex A15-ontwerp zien. ARM claimt dat de opvolger van de A9 bij gelijke kloksnelheden tot wel veertig procent sneller is dan zijn voorganger. Daarnaast ligt de maximale kloksnelheid met 2,5GHz ook een stuk hoger.

Vermoedelijk zien we in 2012 ook de eerste chips die zijn gebaseerd op ARM's 'big.Little'-concept. Hierbij wordt een zuinige Cortex A7-kern gecombineerd met meerdere Cortex A15-kernen. Het concept lijkt sterk op dat van de Tegra 3 met zijn zuinige companion core. Onder andere Samsung heeft al aangegeven big.Little te zullen toepassen.

Samsung zal in 2012 ook zijn Exynos-lijn verder uitbreiden. De 4212 krijgt gezelschap van de 4412, een chip met vier Cortex A9-cores. Het Zuid-Koreaanse bedrijf zet het Cortex A15-ontwerp verder in voor een nieuwe dualcore-soc met de naam 5250. Deze zal op 32nm worden gebakken en krijgt een kloksnelheid van 2GHz.

Qualcomm komt in 2012 met een nieuwe processorcore, een nieuw procedé en snellere Andreno-gpu's. 'Krait' is de opvolger van de Scorpion-core van de huidige Snapdragon-soc's, en moet de strijd aangaan met de Cortex A15. De nieuwe soc's worden op 28nm gebakken en het bedrijf heeft zowel single-, dual- en quadcorechips met de Krait-core aangekondigd.

Texas Instruments gaat net als Samsung gebruikmaken van de nieuwe Cortex A15-cores. In zijn Omap5-socs gaan deze echter gecombineerd worden met twee zuinige Cortex M4-cores, om zo het stroomgebruik te beperken, vergelijkbaar met het big.Little-concept. De grafische berekeningen worden afgehandeld door een PowerVR SGX544MP-gpu en het geheel wordt op 28nm gefabriceerd.

Het bedrijf waar we in 2012 waarschijnlijk weinig nieuws van gaan zien is Nvidia. Deze fabrikant heeft met zijn Tegra 3 het quadcore-bal immers geopend; het is nu aan andere fabrikanten om een inhaalslag te maken. Het bedrijf zal echter zeker niet stilzitten: de volgende Tegra-chips staan al op de roadmap en de Tegra 4 zal hoogstwaarschijnlijk worden opgetrokken rond de Cortex A15-core.

Het chipteam van Apple zal ook niet stilzitten, maar informatie over nieuwe hardware is er nog niet. Het is aannemelijk dat een nieuwe chip 'Apple A6' zal heten en als eerste in een nieuwe iPad zal verschijnen. Mogelijke nieuwe features zijn een quadcore-ontwerp gebaseerd op de Cortex A15 en een krachtigere gpu.

Windows 8

Hoewel dit artikel over hardware gaat, kunnen we niet aan Windows 8 voorbijgaan. Microsoft heeft voor dit OS een nieuwe interface ontwikkeld die vooral op tablets moet schitteren. Waar Intel een nieuwkomer in Android-land is en moet werken met een besturingssysteem dat is geoptimaliseerd voor ARM-chips, geldt bij Windows 8 het omgekeerde. Hoewel Microsofts nieuwe besturingssysteem ook op ARM-chips draait, is het aannemelijk dat het OS zich beter zal thuisvoelen op x86-hardware.

We gaan in 2012 dus heel wat mooie nieuwe chips zien, die krachtiger en kleiner zijn dan hun voorgangers. Goed geoptimaliseerde software is echter zeker zo belangrijk. Fabrikanten van ARM-chips wacht de uitdaging om Windows 8 zo goed mogelijk op hun hardware te laten draaien, terwijl Intel - na het weinig indrukwekkende Oak Trail - met Medfield toch echt moet laten zien dat tablets en smartphones met Android ook prima op Intel-socs kunnen draaien.