“移动解决器的辉煌年代 Tegra3全球同步解析!”

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10月9日，nvidia正式推出了世界上第一个四核移动解决方案tegra 3。 此时，移动解决方案达到了空前的高度，与以前桌面解决方案不同，在移动解决方案的辉煌时代，游戏规则受到了彻底的关注。 在年的美国旧金山idf展会上，英特尔发表了一项新的产品设计构想，即根据“顾客满意度”，考虑os和app，设计如何应对这些诉求。

请观察。 结构的变化从这里开始……。

如果智能移动设备的普及改变了pc的迅速发展轨迹，计算机从办公室进入家庭是革命，那么这次“掌上电脑”革命对领域的影响就更严重了。 2008年04月，英特尔正式推出了专门针对移动互联设备的解决方案atom，从产品本身的体系结构来看，soc的影子有一点，但以前传递的解决方案的型号没有变化。 生产mid、上网本、平板电脑、手机、系统和应用程序可以用来围绕此解决方案的性能的解决方案。 在arm以其简化的设计占据了移动市场90%的份额之后，英特尔开始反省和改变自己的模式。

英特尔最担心的是arm的开放商业模式。 当时，ibm低估了家用pc的市场前景，消极应对苹果的挑战，从而促进了英特尔x86体系结构的普及和领先地位。 英特尔的成功很大程度上取决于ibm的开放，因此arm的开放很可能会达成另一家伟大的企业，影响英特尔的领导地位。 现在nvidia有tegra，所以有这个机会。

nvidia tegra是我们本文的主角，集成了基于arm架构的解决方案，内置了图像、视频解决方案的模块，是标准soc产品，也是目前移动市场上最热的平台。 综合来看，苹果a系列soc属于I类产品，atom在深化工程更新和安卓优化之前有点缺陷。 现在正是nvidia tegra崭露头角的机会。 现在，越来越多的tegra新闻将会揭晓，移动解决方案的新篇章将会打开。

第2页【课题1 :最强的移动解决方案nvidia tegra 3深度分析】

问题1 :最强大的移动解决方案nvidia tegra 3深度分析

nvidia强烈进入移动解决方案市场

北京时间下午2点，nvidia发布了该公司第一个四核移动解决方案tegra 3，利用发布的华硕eeepad tansformer(tf201 )，看到了该代码“kal-el”解决方案的惊人表现力 tegra 3是当今世界上最强大的移动解决方案，可以说tegra 3不亚于以前流传的台式机解决方案。

说到tegra 3，大家的第一反应是四核设计，这也是tegra 3最大的卖点。 实际上，在这十年间，多核一直位于计算革命的中心，这种现象的原因是单核解决方案在高频率下工作时功耗会大幅增加。 因此，多核cpu设计的功耗很低，与上一代单核解决方案相比，多核cpu通过并行解决任务大大提高了性能。

现在，随着技术的迅速发展，多核技术不再局限于台式机解决方案，移动解决方案也逐渐多核化，在tegra 3解决方案的上一代中，今年安卓平板电脑上普遍使用的tegra 2 现在，您可以看到使用四核设计的nvidia tegra 3解决方案。

事实上，除了四核设计以外，tegra 3解决方案还具有基于“协核”的可变对称多重解决技术、内置12核gpu等诸多优点。 现在tegra 3还在发布，第一台使用tegra 3的平板电脑华硕eeepad transformer prime也在中国亮相，是解开tegra 3的时候了。

第三页的名字是四核实为五核tegra3模式分析

被称为四核实的五核tegra3模式分析

一般来说，tegra 3被称为四核解决方案，但实际上tegra 3本身是五核设计，从下面的体系结构图可以看出，除了最有战斗力的四个解决方案核之外，还有名为“companion”(伴核)的软件 根据nvidia的官方资料，核心与四个主核心是同一个cortex-a9架构，基于台湾积电40nm工艺，性能也很强，为什么nvidia要把这个核心游离在四个主核心之外呢？

这是因为，该伴核本身使用了独特的制造工艺，台湾积电本身提供了多种半导体制造方案，伴核虽然能效低，但在低能量时间内使用了具有优异性能的制造工艺。 四个主内核使用节能、高能耗和高性能的制造过程。 下图直观地显示了使用不同流程的两种解决方案的优点。

因此，nvidia在待机、视频播放(主要是gpu )等性能要求较低的情况下，提供了高性能和低功耗的权衡，使tegra 3能够在不同的状况下使用不同的解决方案，例如使用核心。 如果要玩普通游戏、浏览网页或加载flash，请使用单核或双核。 只有在运行大型3d游戏或运行视频音频剪辑时，才会运行四核完整。

此外，GoogleAndroidOS增加了多核支持，因此假设所有可用的cpu内核都可以实现相同的性能，根据这个假设安排可用核心的任务。 因此，kal-el解决方案同时使用协调核心和主要的四个cpu核心和基于硬件的管理和基于软件的低级管理，以确保操作系统始终掌握协调核心和主核心的管理过程。

第4页vsmp可变对称复用解决技术

vsmp可变对称复用解决技术

vsmp可变对称复用解决技术给tegra 3解决方案带来了质量的一些变化，这主要表明:

缓存一致性: vsmp技术不允许核心与主核心协同工作，并且已启用，因此在以不同频率运行的核心之间不存在缓存同步补偿问题。 核心和主核心共享相同的l2缓存。 通过对该缓存进行编程，内核和主内核以相同的速度返回数据(基本上，消耗的主内核周期比核心周期多。 因为主核心以更高的频率运行)。

操作系统效率: android操作系统假设所有可用的cpu核心都相同，可以实现接近的性能，操作系统根据这个假设调度这些核心的业务负载 如果多个cpu核中的每一个都以不同的异步频率运行，则这些核可以实现不同的性能。 这样一来，操作系统在任务调度上效率不高。 与此相反，vsmp技术始终保持所有活动核心相近的同步业务频率，实现优化的操作系统任务调度。 即使vsmp从协调核心切换到另一个主核心，cpu管理逻辑单元也能保证无缝迁移。 最终用户完全看不到此迁移，不能作为操作系统的时间表校正。

优化功耗:在基于异步时钟的cpu架构中，每个内核通常位于不同的电源层(也称为电压轨道或电压层)，并根据业务频率调整每个内核的电压。 这增加了整个电压层的信号线和电源线噪声，对性能产生了不利影响。 因为每个电压层都可能需要自己的调节器，所以这些体系结构很难随着cpu核心的数量的增加而扩展。 增加调节器会提高材料单( bom )的价格和功耗。 如果所有核心都采用相同的电压轨道，每个核心将失去“电压平方”效果的特征，该效果可以在最快核心所需的电压下工作，从而降低功耗。

nvidia公式还提到了可变对称多重解决技术面临的挑战，包括

切换时间: vsmp必须确保cpu核心和主核心之间的切换过程不会降低应用程序加载速度和客户体验的延迟感。 为了应对这种状况，英伟达使用先进的电路和逻辑单元实现了高速切换。 根据内部模拟，总开关时间小于2毫秒( ms )，最终用户看不到此延迟。 这包括芯片内开关核心的时间和稳定当前事业核心的电压轨道所需的时间。

核心摇晃:如果业务负载在核心切换阈值附近变化，vsmp会降低性能，抵消节能特性，因此必须防止核心和主核心之间频繁切换。 为了解决这个问题，我们在cpu管理算法中纳入了充分的智能和可编程的滞后控制，这些算法不断监视和适应这些业务负荷，防止了核心之间的“摇晃”。

第5页提高性能降低功耗

提高性能，降低功耗

vsmp技术通过利用协调核最大限度地降低活动待机状态下的漏电消耗电力，且利用四个主核最大限度地降低峰值业务频率下的动态消耗电力，从而能够大幅度地降低整体消耗电力。 在某些情况下，vsmp技术可以动态启用和禁用cpu核心，从而以最低的功耗提供所需的性能。

kal-el解决方案在所有采用案例中都可以实现更低的功耗。 此图表测量了tegra 2和kal-el解决方案的功耗，两者都使用了台湾积体电路制造40纳米制造技术。

除了vsmp技术，在功耗管理方面，核心数量大于核心数量也很重要。 例如，四核cpu在所有性能级别上的功耗都低于双核cpu。 这是因为四个核心可以在更低的频率下运行。 这是因为与双核cpu相比，在解决相同的任务量时，四核电压更低。 由于功耗与电压的平方成比例，因此cpu整体的功耗可以大幅降低，但依然可以完成相同的任务量。

如果两者都是kal-el和双核解决方案，则运行的软件是coremark基准程序。 这个程序是一个典型的移动基线测试程序，用于测量单核或多核cpu的性能。 让我们看看下表。 如果限制在相同的性能级别，即每个解决方案达到了约5k的核心标记“任务量”，kal-el cpu比同类处理方案的功耗低2到3倍。 即使kal-el以更高的频率工作，达到了2倍以上的coremark“任务量”，功耗也比双核处理方式低。

请注意，即使所有四个cpu核心都以1 ghz的频率运行，kal-el解决方案的功耗也低于双核解决方案的竞争对手。 kal-el的高性能cpu核心使用高速工艺技术，因此这四个核心即使在低于竞争解决方案的电压下，也依然能够在高频率下工作。 由于动态功耗与业务电压的平方成比例，因此kal-el解决方案即使在更高的频率下进行业务，也能大幅节约电力。

随着对移动应用程序性能的要求提高，soc供应商不仅需要使用多核解决方案体系结构来实现更高的性能，而且还需要将功耗控制在移动设备的适当范围内。 kal-el解决方案中使用的variablesymmetricmultipleprocessing ( VSMP )技术不仅将能效提高到新的水平，并将活动待机状态下的功耗降到最低 通过cpu核心解决后台任务，通过主核心解决需要高性能的任务，kal-el解决方案的功耗大大低于所有性能级别竞争的移动解决方案。

第6页性能秒杀了所有移动解决方案

性能在秒内杀死所有移动解决方案

好吧，在理解了tegra 3解决方案的体系结构后，终于到了大家都喜欢的性能阶段。 首先，大家看图吧。

coremark是典型的移动cpu基准程序，它充分代表了运行多媒体应用程序的性能，占用了cpu资源。 例如，根据coremark，四核cpu的性能几乎是双核cpu移动解决方案的两倍，几乎是单核cpu的四倍。

photaf 3d panorama是一个备受好评的android应用程序，允许客户自动拍摄3d全景照片，将拍摄的图像连接起来实时观看。 边缘检测和图像拼接包括许多图像解决，这些任务在很大程度上取决于kal-el程序解决方案四核解决方案的能力。 性能测试结果表明，该解决方案在解决和显示捕获的全景图像方面几乎比双核cpu移动设备快两倍。

linpack是一个cpu基准程序，在执行非常消耗cpu资源的任务(如介质解决)时，可以适当测量解决方案的性能。 根据多线程linpack基准测试结果，四核“kal-el计划”解决方案的性能几乎比同等双核解决方案高60%。 针对四核解决方案优化的实际应用程序在四核解决方案中提供了更大的性能提高。

媒体转码是多重解决的另一个采用场面。 移动用户使用手机捕获音频和视频文件，然后与朋友共享，在社交网络上共享副本。 handbrake是典型的视频转码应用程序，与双核cpu系统相比，在四核cpu系统中可以大幅提高转码速度。 下图显示了执行handbrake视频转码任务时四核cpu的性能几乎提高了60%。 总的来说，nvidia tegra 3解决方案确实基于双核进行乘法运算，与双核产品相比，性能提高了一倍。

第7页内置gpu轻松运行大型3d游戏

使用内置gpu轻松运行大型3d游戏

现在的游戏机和pc都采用多核芯片支持smp技术，而且很多游戏机和pc平台的游戏都被特别编程为可以利用多核和硬件的smp功能。 现在，大多数游戏引擎都支持多线程，如unreal 3.0、id tech 5和frostbite，游戏引擎被移植到任务解决模型中。 在这个模型中，一个业务的“大小”缩小了，线程的数量在增加。 这些线程用于许多任务，如音频、冲突检测、人工智能、客户输入解决、游戏策略和网络通信。 所有现代游戏平台都支持多线程，但未来的平台将继续这种趋势。

因为四核解决方案可以提供更高的性能，所以这个移动游戏具有实时物理效果和实时纹理生成等高级游戏功能。 这样可以大大提高移动游戏的图像质量，玩家也可以获得更真实的游戏体验。

如果物理世界的碰撞、风、水、重力、运动等要素适用于虚拟游戏世界，我们希望这些要素的表现与物理世界相同。 例如，两个物体的碰撞应该产生碰撞物体的质量、速度和运动决定带来的逼真效果，吹风布在布的表面产生真实的漩涡运动，物体必须根据重力反应。 基于玩家在这些游戏中的行为和现实世界法则的效果，游戏的真实感进一步提高，游戏变得更有临场感和魅力。 大多数高端pc和游戏机游戏都使用基于这些物理现象的效果，提供真正的临场感和真诚的游戏体验。

为了在游戏中实现这些特殊效果，需要基于游戏中发生的动作实时进行用于实现特殊效果的所有物理计算，因此对性能的要求非常高。 随着四核移动解决方案的出现，开发人员可以利用物理效果创建图形效果丰富、身临其境的移动游戏。 如glowball游戏演示所示，球与桶的碰撞、桶在地面上的散射、球与窗帘的相互作用非常真实，具有基于球的速度、碰撞点和桶的质量的效果。 这些效果不会重复。

在kal-el中，动态照明、物理效果、人工智能解决任务和其他与游戏相关的cpu解决由四个核心共享。 这种负载共享不会导致哪个内核过载。 此外，解决方案还有其他解决方案空来解决后台任务，不会影响客户的体验。

下图显示了基于四核cpu的项目kal-El平台在glowball演示中比同等双核cpu平台提供的性能加速。 基于四核cpu的移动解决方案提高了性能，使移动设备行业更接近真正的游戏机和pc游戏。

移动游戏的数量、复杂性和视觉丰富性不断增加，能够相应下载游戏副本的文件大小急剧增加。 大多数情况下，游戏文件太大，下载游戏的时间超过15分钟，因此在客户购买游戏后，如果不喜欢该游戏，则需要退款。 这不仅会让购买者失望，购买者也会失去购买需要下载大文件的高级游戏的动力。

利用实时纹理生成技术，游戏开发人员可以创建游戏代码，并根据游戏的故事和状态实时创建游戏所需的纹理。 纹理是立即生成的，因此不需要在购买时提供。 通过该技术，游戏开发者可以将游戏文件的尺寸减小几个等级。

动态文理生成的另一个重要好处是，通过对游戏进行编码，可以根据玩家的输入和定制来改变游戏内的环境。 例如，可以为玩家提供更改游戏中天气的选项，并根据选定的天气情况动态生成影响场景的适当纹理。 这种技术提供了高级的交互式游戏体验，不会显着增加游戏文件的大小和编码，也不会变得复杂。

但是，实时动态纹理生成对性能的要求非常高，要求多核cpu的性能。 allegorithmic创建的风车动态纹理生成演示通过使用动态纹理生成实时创建纹理集，使用900kb的基本纹理集创建了300mb以上的纹理集。 换言之，如果开发人员不使用动态纹理生成创建这个游戏，游戏文件将是300mb左右，但通过使用实时动态纹理生成技术，开发人员可以将游戏文件减少到1mb左右。 要实时生成这么大的纹理集，需要单核和双核移动解决方案无法提供的强大的cpu解决能力。 如果在双核移动解决方案中生成实时纹理，两个内核会过载，游戏体验会变差。 四核移动解决方案不仅可以轻松解决此任务，而且在后台提供足够的空空间来解决其他任务。

基于四核cpu的移动设备的上市是移动游戏的拐点。 四核移动解决方案提供的卓越解决能力将加快移动设备行业游戏机和pc游戏的开发。 在四核移动解决方案中运行的游戏将进一步提高图形的质量和保真度，为移动游戏体验创建新的基准。

第8页领先移动解决方案市场半年

在移动解决方案市场领先半年

年，tegra 2解决方案几乎成为Android平板电脑产品的标准，但这种现象并不意味着tegra 2解决方案比对方具有更好的性能，而是Google最初用于平板电脑的两个android 3.0和Android 谷歌安卓3.2发布后，我们很快就看到了采用高通滤镜的平板电脑产品。 nvidia tegra 2不再是安卓平板电脑的专用解决方案。

nvidia tegra 3的出现非常及时，因此性能是竞争对手的两倍，nvidia将继续在平板电脑解决方案市场上处于领先地位。 可以说nvidia tegra 2的成功来自战略，nvidia tegra 3的成功来自技术特征。

但是，随着tegra 3的先进特征不太长，台湾积体电路制造宣布28nm流程进入量产阶段，使用cortex -a15体系结构的解决方案将很快进入市场，届时将成为四核tegra 3解决方案 但是，包括德克萨斯设备在内的很多解决方案提供商也承认，尽管生产线和技术都在水路中，但使用cortex a15架构的解决方案至少要等到年底才能上市，在这半年里

事实上，nvidia本身也致力于a15架构。 这是nvidia未来的解决方案生产计划图，预计明年下半年，代码名称为维也纳的新一代nvidia移动解决方案将正式生产。

第9页【问题2 :什么是移动解决方案】

课题2 :什么是移动解决方案】

解决移动解决方案的好处。

迄今为止，解决方案大致分为台式机和笔记本电脑使用的台式机解决方案、平板电脑和高端智能手机等移动互联设备使用的移动解决方案两种。 以前的台式机解决方案支持安装x86版本的windows系统、linux系统或mac os系统，但x86体系结构的功耗很高，因此移动互联设备(如平板电脑)

与传统解决方案不同，许多下一代移动解决方案使用arm体系结构，因此可以更有效地避免高功耗的问题，在散热和续航方面有了更大的改善。

说到移动解决方案，系统级芯片( soc )也被称为“片上系统”。 简单来说，就是包括系统完善、具有嵌入式软件的所有副本的集成电路。 例如，如果soc是小型系统，以前传达的中央解决方案( cpu )是大脑，那么基于soc开发的移动解决方案是包括大脑、心脏、眼睛、手在内的整个系统。 当今的平板电脑解决方案大多以soc形式存在，将通用解决的cpu、解决图形的gpu、内存控制器等集成在一个芯片上。 我们平时接触的苹果a4/a5、英伟达tegra2、高通qsd8250、德克萨斯设备omap 3630、三星猎户座不仅是基于“解决方案( cpu )”，而且是基于soc开发的移动解决方案

第10页移动解决方案行业领先的arm

移动解决方案行业的领导者arm

说到解决方案，大家都认为的是英特尔，但在移动解决方案行业，你必须知道arm是真正的领导者。

尽管从以前就传入了计算机行业，英特尔和amd作为两大解决方案巨头，在几十年间一直支配着整个产业链。 但是，随着年平板电脑的出现，对以前流传的计算机产业产生了很大的影响，x86解决方案的主导地位也在动摇。 平板电脑的核心硬件是解决方案的一部分，但平板电脑的解决方案不得不说是arm公司。

注:高级risc Machines ( ARM )是微解决方案领域的知名公司，设计了大量高性能、廉价、低功耗的RISC解决方案、相关技术和软件。 arm技术性能高、价格低、能效高，符合移动产业快速发展的诉求。

前面提到的soc (系统和芯片)有两个重要组成部分:通用解决核心( cpu )和图形解决方案核心( gpu )。 解决通用核心( cpu )的大东家是我们熟悉的arm企业。 作为图形解决方案核心( gpu )的设计许可公司有arm公司、英国imagination公司和美国高通公司。

arm解决方案以低功耗、低价格、实用、优异的产品性能闻名于世，其主要优点包括

1 )小型、低功耗、低价格、高性能

2 )支持两个指令集thumb(16 )/arm(32位)，与/16设备兼容

3 )大量采用寄存器，指令发行速度快的注: arm解决方案有37个寄存器

4 )大部分数据操作都在寄存器中完成。

5 )寻址方法灵活简单，执行效率高

6 )使用辛指令集( risc )，指令长度固定。

此外，arm解决方案使用了特别的技术来保证高性能，最小化芯片体积，降低芯片功耗。 这些技术包括:。

1 )同一数据解决命令中包含算术逻辑解决手段的解决和转移解决

2 )使用地址的自动增量(增加或减少)优化程序中的循环解决方案

3 ) load/store命令可以统一传送数据，因此数据传输率提高。

4 )决定所有命令是否根据以前的命令的执行结果执行，可以提高命令的执行效率。

4 .移动操作系统+移动解决方案(解决方案一方面，操作系统另一方面，GoogleAndroid和苹果ios )

第11页【问题3 :移动解决方案的辉煌年代】

【问题3 :移动解决方案的辉煌年代】

arm 15将移动解决方案带入辉煌的时代

arm公司推出的cortex-a15解决方案与当前的移动解决方案相比，在同等的功耗级别上性能提高了5倍。 这是去年arm在a15发布会上说的要点。 该解决方案基于armv7-a cortex微体系结构，在一个解决方案群集中具有1到4个smp解决方案核心，彼此通过amba 4技术互连，支持和消耗一系列isa

cortex-a15解决方案在性能方面具有高达2.5ghz的主要频率，高端智能手机和移动计算的1-1.5ghz单核、数字家庭娱乐的1-2ghz cortex-a15 mpcore解决方案具有无序的超标管道，可根据应用行业灵活调整，包括web 2.0服务的1.5-2.5GHz4/8核心，甚至大规模互连，尺寸高达4mb。

作为cortex-a系列系列的最新成员，cortex-a15是一个广泛的软件和功能兼容性解决方案，包括操作系统虚拟化、软件错误修复、更大的内存寻址能力、系统一致性 保持本系列低功耗设计的特点和全面应用程序的兼容性，并立即投入现有的开发人员、软件生态系统。 google android、adobe flash player、java se、javafx、linux、Windows嵌入式compact 7、symbian、ubuntu，还有700多个ARMCCConecte

总结:综合cortex-a15解决方案的性能和兼容性优势，我们发现，使用a15产品需要等待明年，但新的arm解决方案将大大提高性能。 现在得到的消息是，两个arm15核提供了足够的性能来打败四核a9体系结构解决方案，单核arm a15打败了tegra3解决方案。 arm利用a15解决方案，可以说现在在移动解决方案行业遥遥领先。 至少在其他制造商没有推出新产品之前，arm已经进入了辉煌的时代。

第12页移动解决方案的战国时代

移动解决方案的战国时代

随着移动网络的迅速发展，几十年来推动了人类文明进步的计算设备现在以高端智能手机和平板电脑为代表的移动互联设备和云计算引擎为代表。 相应地，计算设备的硬件核心中央解决方案也相应地发生变化。 这也是移动解决方案诞生的原因。

现在，控制移动解决方案市场的电子产品市场只是时间问题，全球计算设备市场的秩序正在发生变化，以arm为代表的移动解决方案正在侵蚀以前传递给台式机解决方案的市场 我们手中的高端智能手机、平板电脑可以说出现了基于移动解决方案的巨大快速发展。

从以前就流传下来的秩序正在崩溃，作为解决方案行业的王者，为人类现代文明的迅速发展做出了巨大贡献的英特尔也在大力进军这个行业。 明年，微软windows 8和GoogleAndroid将全面支持英特尔x86架构解决方案，英特尔将在移动解决方案行业全面投入力量。

总之，年移动解决方案行业在空前热闹起来，临时领先的nvidia、厚积薄发的高通和德克萨斯设备、比较落后的Intel等各路豪迈。 作为最终收件人的我们普通客户静静地眺望，拿出自己心中最喜欢的产品就可以了，顺便感叹一下“有竞争太好了”。