ARM als stille kracht
Waar we verbeteringen aan beeldschermen, camera's en accu's nog altijd vrij snel merken, zijn innovaties op het gebied van processors in mobiele apparaten de laatste jaren minder merkbaar. Niet in de laatste plaats omdat op dat vlak de ontwikkelingen de afgelopen tien jaar heel snel zijn gegaan. We kunnen op onze smartphones en tablets inmiddels complexe 3D-games spelen, video's kijken in hoge resolutie en elke webpagina is in een fractie van een seconde geladen. Om te zien hoe snel die ontwikkeling gegaan is, hoeven we alleen maar terug te kijken naar de eerste smartphones zoals we die zo'n tien jaar geleden leerden kennen.
In 2008 liet Apple een indrukwekkende demonstratie zien. Het bedrijf kreeg het voor elkaar om de website van National Geographic in slechts 21 seconden te laden, ruim twee maal sneller dan de vorige iPhone. Een prestatie waardoor het hele publiek destijds een luid applaus liet klinken. In deze tijd kon je amper of niet video registreren met je smartphone, waren 3D-games iets voor consoles en was virtual reality een hype uit de jaren '90. In de afgelopen 10 jaar hebben mobiele chipfabrikanten echter flink gecompenseerd voor het gebrek aan innovatie in het desktopsegment: CPU's zijn zo'n 100 maal sneller geworden en GPU's ruim een factor 250, waarmee Moore's Law in elk geval in de mobiele wereld meer dan in stand gehouden is.
Bij de meest consumenten zijn namen als Qualcomm, Samsung en Apple vrij bekend. Het eerste bedrijf profileert zich als dé fabrikant van mobiele SoC's en is te vinden in toestellen van vrijwel elke Android-fabrikant, terwijl Samsung en Apple maar al te trots zijn op hun eigen mobiele chips en elk jaar graag vertellen hoeveel sneller ze geworden zijn. Toch is er maar een bedrijf dat al deze innovatie mogelijk heeft gemaakt: ARM.
Dit bedrijf is bedenker van de ARM-architectuur, met als belangrijkste onderdeel de instructieset. ARMv6 was de versie beschikbaar bij de intrede van de smartphone zoals we hem nu kennen, waarna ARMv7 en ARMv8 volgden. Deze laatste bracht de 64-bit instructieset, AArch64, die nu overal gebruikt wordt. Alle mobiele semiconductor-fabrikanten die hun eigen CPU-cores ontwerpen hebben een licentie op deze instructieset, waaronder Apple, Samsung, Qualcomm, Nvidia, AMD en Intel.
ARM ontwerpt ook zelf kant-en-klare processorkernen die fabrikanten in hun eigen chips kunnen gebruiken, waarmee we aankomen op het onderwerp van vandaag. Het ontwerpen van een eigen core is een enorm complex en intensief proces, waar veel bedrijven het budget en de expertise voor missen. Bedrijven zoals MediaTek, HiSilicion en Rockchip gebruiken daarom de processorkernen van ARM in hun mobiele chips. Ook de giganten Qualcomm en Samsung gebruiken nog steeds ARM-cores in hun instap en mid-range SoC's. Tegenwoordig biedt ARM een derde optie, in de vorm van een aangepast ARM-ontwerp. Dit is wat bijvoorbeeld Qualcomm doet met de Snapdragon 835, waar aangepaste Cortex-A53- en -A73-kernen inzitten.
Naast processoren zit ARM ook al een tijdje in de GPU-markt. Hier wordt eenzelfde concept als bij de CPU-tak gehanteerd: bedrijven kunnen een licentie afnemen op een GPU-ontwerp dat ze in de eigen producten mogen implementeren. Sinds ARM in 2012 de Midgard-architectuur heeft geïntroduceerd, zijn de GPU's qua features vrijwel gelijk aan de desktop GPU's van AMD en Nvidia, met ondersteuning voor API's zoals Vulkan, Open GL ES, Open VG en Open CL. De GPU's excelleren voornamelijk in performance per watt, een essentieel onderdeel voor mobiele chips.
Vorig jaar introduceerde ARM de Bifrost-architectuur, wat een flinke vooruitgang was ten opzichte van Midgard. Bitforst is ruim 20% energie-efficiënter, neemt minder ruimte in op een chip en kan verder opgeschaald worden. In onze review van de Galaxy S8 was dit duidelijk te zien: de S8 met Mali-G71 presteerde zo'n 50% beter dan de Mali-T880 in de Galaxy S7. Naast Samsung zijn MediaTek en HiSilicon de grootste afnemers van ARM's GPU-portfolio, maar ook Rockchip, Allwinner en nu ook Xiaomi maken geregeld gebruik van deze GPU-ontwerpen.
