Snapdragon-Chipset

Das neue »Löwenmaul« unter der Lupe

In der Rangliste der größten Halbleiterhersteller kletterte die Fabless-Firma Qualcomm im Jahr 2009 von Platz 8 auf Platz 6. Ein Grund für diesen Erfolg ist die Snapdragon-Plattform (zu Deutsch Löwenmaul), deren jüngste Mitglieder in einem 45-nm-Prozess gefertigt werden.

Die QSD8650A- und QSD8672-Plattformen sind weder die ersten Mitglieder der Snapdragon-Familie, noch werden es die letzten sein. Sie sind jedoch die ersten, die statt in einem 65-nm-Prozess in einem 45-nm-Prozess gefertigt werden und damit eine Taktfrequenz von mehr als 1 GHz erreichen. Das Multifunktions-Chipset Snapdragon beinhaltet einen Scorpion genannten Mikroprozessor, den Qualcomm selbst mittels einer 2006 gekauften Architekturlizenz auf ARMs ISA v7 aufgebaut hat.

Snapdragon zielt primär auf zwei Märkte ab: Handys und so genannte Smartbooks, die zwar auf den ersten Blick viel mit Intel-Atom-getriebenen Netbooks gemeinsam haben, dank ARM-basierender Architektur jedoch seitens Leistungsaufnahme, Software und Konnektivität eigentlich viel näher an ein Smartphone angelehnt sind. Preis und Gerätegröße orientieren sich dagegen an den üblichen Netbooks.

Gemäß Qualcomms Marketing soll Snapdragon für die Zielmärkte eine höhere Rechenleistung, längere Batterielaufzeiten und dank diversen Hardware-Beschleunigern Verbesserungen vor allen Dingen bei der Video- und Grafikverarbeitung sicherstellen. Was beim Thema Peripherie, die ja mittlerweile bei den meisten ASSP-SoCs wichtiger ist als der Prozessor-Core selbst, dabei fast untergeht, ist die Tatsache, dass Snapdragon vor allen Dingen unterschiedlichste Wireless-Kommunikationsstandards unterstützt.

Dass es außer den üblichen Pressemeldungen aus dem Hause Qualcomm bislang vergleichsweise wenige Veröffentlichungen zum Thema Snapdragon gibt, ist kein Wunder: Die Plattform ist ein gut gehütetes Geheimnis, offizielle Anfragen an Qualcomm werden regelmäßig mit der Antwort „Dazu können wir keine Auskunft geben“ beantwortet. Dabei sind auf diversen Entwicklerkonferenzen noch mehr Details über den Scorpion-Prozessor bekanntgeworden als über Qualcomms hausinterne Wireless-IP.

Ein Versuch, das Geheimnis zu lüften

Die folgenden Ausführungen basieren auf vielen „Häppchen“, die Qualcomm-Referenten auf Konferenzen vorgestellt haben, sowie dem Qualcomm-internen Magazin QCTConnect.

2007 wurde Snapdragon erstmals vorgestellt, auf den ersten Blick erschien es wie ein weiterer Handy-Chip mit einer vergleichbaren Leistung zu Texas Instruments’ OMPA3. Dies ist allerdings ein Irrtum.

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Bild 1. Snapdragons Blockdiagramm sieht auf den ersten Blick aus wie diverse andere Chipsets für mobile Geräte auch. Den Unterschied macht die Integration eines Dual-Mode-Modems aus, das diverse Übertragungsstandards unterstützt.

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Bild 1. Snapdragons Blockdiagramm sieht auf den ersten Blick aus wie diverse andere Chipsets für mobile Geräte auch. Den Unterschied macht die Integration eines Dual-Mode-Modems aus, das diverse Übertragungsstandards unterstützt.

Qualcomm nannte Snapdragon schon damals eine „Plattform“ und sagte nicht, dass diese auch aus mehreren Dies bestehen kann. Bevor das erste Silizium überhaupt geliefert wurde, hatte Qualcomm Snapdragon so beschrieben: Eine Plattform, welche die Chip-Level-Architektur und die benötigten Schnittstellen beschreibt sowie auf System-Ebene den Scorpion-Prozessor mit einem oder mehreren weiteren Cores integriert, die z.B. für Multimedia-Verarbeitung oder Modem-Funktionalität benötigt werden (Bild 1). Seinerzeit war das Ziel die Entwicklung einer Single-Package- und Single-Chip-Lösung für High-End-Mobiltelefone.

Die unterschiedlichen Arbeitsauslastungen, Anforderungen an die Bus-Bandbreite und Speicher-Geschwindigkeiten haben Snapdragon vor folgende Herausforderungen gestellt:

- Die Flexibilität, die Plattform zeitnah für unterschiedliche Mobil-Geräte zu optimieren.

- Eine Leistungsaufnahme, welche es ermöglicht, den ganzen Tag ohne Nachladen mit einem Mobilgerät arbeiten zu können.

- Eine Größe, die den Einbau auch in sehr dünne und kleine Handys erlaubt.

Snapdragon enthält ein durch einen ARM926-Core gesteuertes Modem, das für die Unterstützung zahlreicher Übertragungsstandards wie HSPA, GPS, CDMA, WCDMA, Bluetooth und WiFi konfiguriert werden kann.

Die Anwendungen werden von dem Scorpion-Prozessor ausgeführt, der auf ARMs v7-Architektur basiert (die Basis für ARMs eigene Prozessoren Cortex-A8 und Cortex-A9) und mit Qualcomms eigenen, Venum genannten SIMD-Erweiterungen, die auf ARMs NEON-Engine basieren, versehen wurde. Die NEON-Engine alleine reicht aber für DSP-lastige Anwendungen nicht aus, daher wurde zusätzliche noch ein eigener DSP implementiert.

Weitere in Snapdragon integrierte Cores sorgen für Hardware-Beschleunigung von Grafik (inklusive OpenGL-ES 2.0, dem API-Standard für 2D- und 3D-Grafik) und diversen Audio-Codecs. An die Rechenleistung eines OMAP4-Chips reicht Snapdragon in Bezug auf Video- und Audio-Unterstützung nicht ganz heran, sie ist mit 12 Megapixeln/s aber immer noch mehr als ausreichend für Kamera-, Video- und Spiele-Applikationen. Qualcomm hat sich primär auf niedrige Leistungsaufnahme und die Integration der IP für Kommunikation, Modem und drahtlose Schnittstellen konzentriert.

Desweiteren finden sich Schnittstellen für LC-Displays und zwei Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen zu externem Speicher, der als Low-Power-DDR-SRAM entweder on Chip oder off Chip ausgeführt sein kann.

1. Teil: Das neue »Löwenmaul« unter der Lupe
2. Teil: Das Bussystem
3. Teil: Die Meister des AXI-Busses

Weiterführende Links:

• Der Stachel sticht: Die Dual-Core-Scorpion-CPU von Qualcomm
• Mobile World Congress: Qualcomms neue Snapdragon-Plattform mit LTE-Unterstützung setzt neue Maßstäbe