Usando o Cortex A8 na prática

 

Um exemplo de SOC baseado no Cortex A8 é o TI OMAP 3430, usado no Nokia N900, no Motorola Milestone e no Palm Pre. Ele é um chip produzido usando uma técnica de 65 nm, que inclui também uma GPU PowerVR SGX 530, um acelerador de vídeo IVA 2+ e um chip ISP (para processamento de imagens), juntamente com todas as interfaces de praxe:

O PowerVR SGX 530 é um chipset 3D relativamente poderoso para a época, que inclui uma unidade programável para o processamento de shaders, batizada de USSE. Operando a 200 MHz, ele oferece um fill-rate de 250 megapixels, o que equivale à quase metade do poder de processamento de uma GeForce 6200, por exemplo, porém com um consumo elétrico ridiculamente baixo.

Ele é descendente do Kyro II, que concorreu com as GeForce 2 MX no início do milênio e, assim como ele, faz uso do tile-based rendering, para minimizar o uso de processamento e texturas, renderizando apenas os polígonos visíveis dentro de cada frame. Embora a arquitetura não tenha feito muito sucesso nos PCs (onde perdeu para a força bruta das GPUs da nVidia e da ATI), o Power SGX acabou encontrando um bom nicho nos dispositivos móveis, onde o bom nível de eficiência oferece a possibilidade de desenvolver títulos 3D com gráficos complexos sem comprometer a autonomia das baterias. Um bom exemplo são os jogos 3D do iPhone 3GS, que também é baseado nele.

O Cortex A8 é eficiente também na decodificação de vídeos. Ele é capaz de decodificar vídeos VGA codificados em H.264 operando a apenas 350 MHz. No caso do TI OMAP 3430 ele faz par com um chip acelerador IVA 2+, que é capaz de decodificar vídeos H.264 ou MPEG4 a 720×480 e 25 a 30 FPS (qualidade de DVD), o que não apenas tornou possível assistir vídeos não-HD sem precisar primeiro convertê-los usando o PC, mas fazê-lo sem comprometer a autonomia das baterias.

Como comentei, a primeira geração de SoCs baseados no Cortex A8 (como o TI OMAP 3440) foram fabricados usando técnicas de 65 nm, o que já os tornava mais eficientes que os antigos ARM11 (90 nm), demandando menos energia para executarem o mesmo volume de operações. Entretanto, os fabricantes logo migraram para o uso de técnicas de 45 nm, dando origem à segunda geração de chips, que inclui o TI OMAP 3640 (usado no Milestone 2) e o Samsung Hummingbird, usado no Galaxy S. Embora a primeira geração tenha estacionado nos 600 MHz, a segunda geração foi bem mais longe, começando nos 800 MHz e logo chegando aos 1.0, 1.2 e 1.4 GHz (como no caso do Hummingbird usado no Galaxy S L9001 plus).

O sistema de gerenciamento de energia do A8 é também mais eficiente, fazendo com que o consumo elétrico quando o processador ocioso seja de apenas alguns miliwatts, praticamente insignificante. O grande problema é que com um sistema mais rápido você tende a fazer mais coisas (navegar em mais páginas, deixar mais aplicativos carregados em segundo plano, etc.) o que faz com que no final o consumo elétrico total acabe sendo maior. Isso explica o fato de muitos dos smartphones baseados no A8, bem como em chips mais atuais, oferecerem uma autonomia longe do ideal, obrigando o dono a recarregar todas as noites.

Assim como nos PCs, o clock dos processadores móveis é limitado pelo consumo elétrico máximo sob o qual eles devem trabalhar. Do ponto de vista da arquitetura, não seria muito difícil produzir processadores ARM capazes de operar a 2 ou mesmo 3 GHz, o problema é que, operando a essas frequências, o consumo ficaria acima da casa dos 5 watts, e eles precisariam de dissipadores para funcionarem.

Devido a isso, a frequência máxima dos processadores móveis tem ficado na faixa dos 1.0 a 1.5 GHz, e isso não deve mudar muito a curto prazo. A cada nova geração, os fabricantes arriscam um processador com clock um pouco mais alto, mas os avanços são lentos e cautelosos.

A solução encontrada para produzir processadores mais rápidos, sem aumentar exageradamente o consumo, foi a mesma adotada nos processadores para desktop, ou seja, passar a desenvolver processadores com vários núcleos, em vez de aumentar diretamente a frequência.

Ao contrário do que pode parecer à primeira vista, um processador com um único núcleo, operando a 2.0 GHz, consome muito mais do que um processador com dois núcleos similares operando a 1.0 GHz, pois o clock maior aumenta o gate leakege (a energia perdida na forma de calor cada vez que um transistor muda de estado) e torna necessário aumentar a tensão do processador. Com um sistema de gerenciamento de energia bem desenvolvido, os núcleos adicionais consomem energia apenas quando estão sendo realmente usados, já que o sistema pode desligá-los quando não estão em uso.