킨들 파이어HD등장으로 보는 모바일 SoC의 발전

●싼값으로 아이패드와 승부하는 「8.9인치 Kindle Fire HD」 

　Amazon이 새로운 Kindle 패밀리를 발표했다.최대의 눈은, WUXGA 패널을 갖춘 「Kindle Fire HD」의 8.9형 버젼이다.종래의 7형의 Kindle Fire보다 한층 크고, 사이즈적으로는 9.7형의 iPad에 대항한다.화면 해상도는 1920×1200 닷으로 iPad ( 제3세대)의 2048×1536에는 이길 수 없지만 풀HD이다.

　Amazon은 초대 Kindle Fire을 199 달러의 저가로 시장을 열었지만, 이번 8.9형 Kindle Fire HD도 299 달러(16GB 스토리지)와 파괴력이 있는 가격으로 공격한다.LTE판도 499 달러(32GB 스토리지)에서 2모델 준비한다.LTE 통신은 예약 구독을 준비하는 것이 아니라, 월 250 MB까지의 테두리의 플랜으로 연액 49.99 달러.게다가 7형의 Kindle Fire HD(1280×800 , 16 GB)를 199 달러, 종래의 Kindle Fire은 CPU와 DRAM를 강화해 159 달러로 투입한다.

　한마디로 말하면, Kindle Fire으로의 성공을 근거로 하고, Kindle Fire계의 라인 업을 iPad에 대항할 수 있는 레인지에까지 넓혔다.종래의 저가격 노선 그대로.또, HD해상도에 올린 것으로, Amazon이 노리는 컨텐츠의 비중은, 지금까지의 전자 서적으로부터, 영상계 컨텐츠로 기운 것처럼 보인다.

　Amazon의 이러한 전략은, 그러나, 모바일 SoC(System on a Chip)와 모바일 디바이스의 큰 조류안에 있다.패널의 고해상도화와 거기에 맞춘 그래픽스&비디오 프로세싱 기능의 강화다.Apple가 선도해, 업계 전체가 거기에 끌려가서 진행되고 있어 그 중으로, 컨텐츠도 바뀌고 있다.그 배경에 있는 것은, 모바일 SoC의 진화다.

●8.9형 Kindle Fire HD를 지원해주는 TI의 새로운 SoC 「OMAP4470」 

　

8.9형 Kindle Fire HD가 탑재하는 모바일 SoC는, Texas Instruments의 「OMAP4470」.OMAP4 패밀리의 최신 칩이다.OMAP4 패밀리에서는, 종래의 「OMAP4430/4460」이 다수의 모바일 디바이스에 채용되고 있다.초대 Kindle Fire도, OMAP4430이다.OMAP4470은, 그 발전계로, 금년(2012년)초부터 양산 출하가 시작되어 있다.

　TI는, ARM의 차세대 CPU 코어 「Cortex-A15」베이스의 OMAP5을, Cadence의 협력의 바탕으로 개발해 왔다.OMAP5은 Cortex-A15의 툽란나가 될 전망으로, 시장에 등장하면 싱글스 레드 퍼포먼스에서는, Cortex-A9베이스의 SoC를 압도할 수 있다.그러나, 28nm로 Cortex-A15의 OMAP5은, 현시점에서는 양산에는 늦는다.그 때문에, TI는 격화하는 모바일 시장에서 싸우기 위한, 중계를 필요로 하고 있었다.

　OMAP4470은, 확실히 그것을 위한 SoC다. 종래의 OMAP4의 기능확장판으로, 종래대로 45nm프로세스로 양산된다.TI는 OMAP4470을, 2011년 후반부터 샘플 출하 있어, 양산 스타트는 OMAP5보다 6개월 선행하면 브로그로 설명하고 있었다.Kindle나 iPad와 같은 대량 출하 제품의 경우, SoC측도 일정한 스펙으로 방대한 수량이 필요하고, 그러기 위해서는 어느 정도 성숙한 프로세스 기술이 필요하다.현시점에서는, OMAP4470을 베스트타이밍이었다고 볼 수 있다.

　아래는 종래의 OMAP4430/60으로 OMAP4470의 블록을 비교한 것이다.공통되는 것은, Cortex-A9듀얼 코어로, TI 독자적인 비디오 가속기 「IVA3」라고 이미지 시그널 프로세서(ISP)를 탑재하는 점.기본적인 I/O는 거의 동일하다.

그러나, 설계상의 차이도 몇개인가 있다. 우선, CPU 코어는 최고 1.8 GHz 동작이 되었다. 8.9형 Kindle Fire HD에 사용되고 있는 것은 1.5 GHz의 버젼이다.

종래는, OMAP4430이 1.2 GHz까지, OMAP4460이 1.5 GHz까지였다.

　GPU 코어는 Imagination Technologies의 PowerVR SGX540로부터, PowerVR SGX544가 되었다.SGX544계가 되면, 싱글 GPU 코어에서도 부동 소수점 연산 유닛의 수가 배증한다.TI의 화이트 페이퍼에서는, 종래의 OMPA4에 대해서, OMAP4470에서는 트라이앵글 레이트가 1.4배, 쉐이더퍼퍼포먼스가 2배 오른다고 설명하고 있다.

동주파수시의 부동 소수점 연산 퍼포먼스는 2배다.

　게다가 OMAP4470에서는, 전용의 2D그래픽 가속기도 탑재.그래픽스 표면을 통합해 표시하기 위한 콤포지션 엔진도 하드웨어로 탑재했다.

　TI는, OMAP4470의 강화 포인트가 그래픽스에 있으면 하고 있어, 그 목적은 고해상도의 서포트다. OMAP4470에서는 QXGA(2048×1536 닷)까지의 해상도에의 대응이 가능해지고 있다. 8.9형 Kindle Fire HD의 1920×1200 닷은 물론 서포트의 범위내다.

●TI의 가장 큰 장점은 강력한 비디오 코덱 엔진 

　그래픽스의 강화는, 타일링 아키텍쳐여도, 어플리케이션에 따라서는 메모리 대역의 강화를 필요로 한다.그 때문에, TI는 OMAP4470으로 메모리 대역도 끌어올렸다.

　종래의 OMAP4은, 듀얼 채널(2 x32bits)의 LPDDR2 메모리인터페이스를 갖추고 있지만, OMAP4470에서는 LPDDR2의 서포트 전송 레이트를 933 Mt/sec으로 끌어올려 최대 7.5 GB/sec의 메모리 대역을 실현한다.LPDDR2는 800 Mt/sec까지의 스펙으로 스타트했지만, 현재는 스펙을 최대 1,066 Mt/sec으로 8.5 GB/sec(2 x32bits시)까지 확장하고 있다.LPDDR3가 보급할 때까지의 연결이 되는 스펙 확장이다.

　또한 OMAP4470은 OMAP4 시리즈의 최대 강점 인 강력한 비디오 코덱 엔진 IVA3도 계승하고있다. IVA3의 IVA-HD 엔진은 풀 HD (1080P) 동영상 인코딩 및 디코딩을 지원하고 다양한 포맷을 지원한다. TI의 독자 설계의 비디오 엔진으로, 최대의 특징은 전용 하드웨어 로직과 전용 프로세서 코어를 밀접하게 결합시킨 점이다.

　방대한 종류의 동영상 포맷 표준을 커버하면서 풀 HD로 코딩을 고화질로 제공하고 게다가 지방 면적으로 전력으로 억제하기 때문이다. 전체 하드 와이어드의 솔루션은 유연한 형식 대응이 어렵다. 그러나 전체 프로그램은 고성능 풀 HD 동영상을 낮은 전력 및 에너지 영역에서 실현하는 것이 어렵다.

　따라서 TI는 하드웨어와 소프트웨어를주의 깊게 분할. "IVA-HD"이라고 가속기 군과 저전력 전용 DSP를 마련했다. 가속기는 최고 266MHz로 동작한다. IVA-HD 가속 군은 비동기 병렬로 동작시키는 것으로, 성능을 벌. 또한, 외부 메모리 액세스를 줄이는 방법도 갖춘다.

　강력한 IVA3 따라 OMAP4 제품군은 저전력 고품질 넓은 지원 비디오 인코딩 / 디코딩이 실현되고있다. 예를 들어, 풀 HD 해상도의 H.264 HP L4.0 스트림 디코딩은 불과 65 ~ 95mW 범위에서 실행할 수있다. 같은 스펙의 인코딩시는 100 ~ 145mW이다.

이 밖에 블록 다이어그램에는 없지만 OMAP4 제품군은 메인 CPU와 코덱 DSP 외에 임베디드의 ARM CPU 코어 인 "Cortex-M3"를 듀얼 코어로 구성되어 있습니다. 2 개의 Cortex-M3는 한쪽이 비디오 디스플레이 컨트롤을위한 리얼 타임 OS (RTOS), 다른 하나는 Still IMage COProcessor ​​(SIMCOP) 컨트롤 소프트웨어 스택을 실행한다. 전력 소비가 많은 메인 CPU를 실행시키지 않고 보조 프로세서 미디어 작업을 수행한다.

● 모바일 SoC의 로드맵에는 TV 용 SoC와의 융합이? 

　OMAP4470의 특징은, Amazon이 목표 고해상도 영상 컨텐츠도 중시하며 길이 배터리 구동 장치에 적합하다. 또한, 철저하게 낮은 가격으로 공격 Amazon에있어서 제조 비용이 상대적으로 낮은 것으로 보인다 것도 유리하다. 아래는 OMAP4430/4460 계의 다이 (반도체 본체)와 다이 (반도체 본체의 면적)이다. OMAP4470도 GPU 코어를 강화했다고는해도, 그만큼 다이는 부풀어 않은 것이고, 칩 자체의 제조 비용은 Apple만큼 높지 않을 것이다.

OMAP4의 다이 사진

이렇게 해 보면, 모바일 디바이스는 급격하게 고해상도화가 진행되고 있어 거기에 맞추어 모바일 SoC의 그래픽스 기능과 메모리 대역의 강화가 진행되고 있는 것을 알 수 있다.Kindle Fire HD와 OMAP4470은, 그 흐름에 있는 디바이스다.그럼, 이 먼저 무엇이 기다리고 있는 것인가.

　해상도에 대해서, 특히 3D그래픽스로의 밸런스를 취하려고 하면, 향후는 GPU 코어의 강화와 메모리 대역의 확장이 더욱 더 필요하다.메모리 대역은, Wide I/O 2로 LPDDR4가 한층 더 먼저 삼가하고 있어 향후도 2년 두어에 신기술이 도입되어 대역이 배증해 간다. GPU 코어도, 이 앞의 급발전은 불가피하다.또, TI가 실현되고 있는, 고효율인 비디오 가속기의 개발도 경쟁이 되어 간다. 전용 가속기의 강화는, 다크 실리콘을 묻는다고 하는, 반도체 설계상의 요구로부터도 필요하다.

　흥미로운 점은, 모바일 SoC의 고해상도 대응이 진행되어 가면, 그 기능이 디지털 TV용의 칩 세트에 다가가는 것이다.물론, 차이는 다양하게 있지만, 기본의 기능은 닮아 온다.그렇게 되면, 당연, 예상되는 것은, 모바일 SoC와 TV용 SoC의 통합화다.모바일 디바이스와 디지털 TV가 같은 칩을 실어 같은 OS를 달리게 해 같은 어플리를 달리게 한다고 했던 것이 용이하게 된다.Google TV등의 목표로 하는 곳(중)이, 자연스럽게 디바이스 레벨로 실현되어 가게 된다.그 때의, 패자가 어느 메이커가 되는지, 아직 보이진 않았다.