ARM 9 e ARM 11

Algo comum nos aparelhos dessa época é o uso de chips ARM9 e ARM11, designs bastante rudimentares em relação aos Cortex A8, A9 e A15 usados atualmente. Embora desatualizados, eles continuam a serem usados até os dias de hoje em modelos low-end, bem com em tablets de baixo custo e em eletrônicos diversos. Eles são processadores de 32 bits muito baratos e fáceis de programar, o que oferece uma flexibilidade muito grande.

Os chips ARM11 oferecem um desempenho por ciclo ligeiramente superior (1.2 DMIPS por MHz, contra 1.1 DMIPS por MHz dos ARM9), mas a grande diferença (do ponto de vista do desempenho) entre as duas famílias reside no número de estágios de pipeline, usados no processamento das instruções. Os chips ARM9 utilizam um pipeline de 5 estágios, enquanto os ARM11 utilizam um pipeline de 8 estágios.

Similar ao que temos nos processadores para micros PC, o uso de mais estágios de pipeline permite que cada estágio execute um volume menor de processamento por ciclo (ou seja, que cada um execute um percentual menor do trabalho), o que permite que o processador opere a uma frequência mais elevada. Uma analogia simples seria comparar com uma linha de produção, imaginando que cada estágio de pipeline corresponde a um operário. Se o trabalho é dividido entre um número maior de operários, cada um passa a executar um número menor de passos e a esteira pode correr mais rápido, resultando em uma produção maior.

Isso explica porque os chips baseados em chips ARM9 ficam restritos à casa dos 200 a 300 MHz (e são por isso usados em aparelhos mais antigos, como no caso do E61, bem como em aparelhos muito baratos, como no caso de muitos tablets made-in-china), enquanto os baseados em processadores ARM11 atingem frequências de 400 a 800 MHz.

Tanto os chips ARM9 quanto os ARM11 são processadores single-issue, que são capazes de processar uma única instrução por vez, de maneira similar aos antigos chips 486. Apesar disso, o conjunto de instruções otimizado e as muitas outras otimizações fazem com que o desempenho seja relativamente competitivo e existe a possibilidade de integrar processadores de sinais e decodificadores dedicados nos SoCs, permitindo que eles decodifiquem formatos diversos de mídia e executem outras tarefas que normalmente exigiriam chips muito mais poderosos.

Em geral, os SoCs ARM9 e ARM11 são produzidos usando técnicas ultrapassadas de fabricação, já que os fabricantes reservam as fábricas mais modernas para a produção de chips mais atuais, que oferecem margens de lucro melhores. Existem casos de SoCs ARM11 produzidos usando técnicas de 65 nm, mas na maioria dos casos eles são produzidos usando equipamentos bastante ultrapassados de 90 ou mesmo 130 nm. Ainda assim, o consumo elétrico é bastante baixo devido à arquitetura dos chips, mas o clock e o desempenho ficam muito longe do que seria obtido ao usar uma técnica de produção mais atual.