I – GIỚI THIỆU VỀ VI XỬ LÝ APPLE A5 TRÊN IPAD21RA ĐỜI.Năm 2011 một năm sau sự ra đời của chíp A4 với nhiều thành công lớn và nhận được sự quan tâm đông đảo đến từ cộng đồng công nghệ cũng như những tín đồ của hãng trên toàn thế giới. Apple lại tạo nên một bước tiến mới khi công bố bộ vi xử lý lõi kép(dualcore) Apple A5 với tên mã S5L8940 lần đầu tiên được sử dụng trên ipad2, iphone 4s… Với việc sử dụng một chíp đồ họa 2 nhân PowerVR SGX543MP2 Ram 512MB Apple A5 sở hữu khả năng xử lý đồ họa tuyệt vời cho những thiết bị sử dụng nó.Apple A5 không đơn thuần chỉ là một CPU mà nó được coi như một chip tất cả trong một (System On Chip – SOC), một mạch tích hợp chíp có chứa tất cả các loại tín hiệu trên một nền chíp duy nhất.Apple A5 được thiết kế bởi Apple lnc và được sản xuất bởi Samsung.
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA AN TOÀN THÔNG TIN TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC VI XỬ LÍ APPLE A5 THẾ HỆ THỨ NHẤT DÀNH CHO IPAD2 HÀ NỘI, 04/2015 I. Giới thiệu tổng quát về VXL II. Kiến trúc vi xử lí III. Các đặc tính và công nghệ mới IV. Kết luận V. Tài liệu I – GIỚI THIỆU VỀ VI XỬ LÝ APPLE A5 TRÊN IPAD2 1- RA ĐỜI. Năm 2011 một năm sau sự ra đời của chíp A4 với nhiều thành công lớn và nhận được sự quan tâm đông đảo đến từ cộng đồng công nghệ cũng như những tín đồ của hãng trên toàn thế giới. Apple lại tạo nên một bước tiến mới khi công bố bộ vi xử lý lõi kép(dual-core) Apple A5 với tên mã S5L8940 lần đầu tiên được sử dụng trên ipad2, iphone 4s… Với việc sử dụng một chíp đồ họa 2 nhân PowerVR SGX543MP2 Ram 512MB Apple A5 sở hữu khả năng xử lý đồ họa tuyệt vời cho những thiết bị sử dụng nó. Apple A5 không đơn thuần chỉ là một CPU mà nó được coi như một chip tất cả trong một (System On Chip – SOC), một mạch tích hợp chíp có chứa tất cả các loại tín hiệu trên một nền chíp duy nhất. Apple A5 được thiết kế bởi Apple lnc và được sản xuất bởi Samsung. 2- THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH Apple A5 được Apple thiết kế dựa trên công nghệ 45nm, Sử dụng một chíp lõi kép ARM Cortex-A9 MPCore kết hợp công nghệ cung cấp tốc độ xử lý tín hiệu cao NEON SIMD với một chíp đồ họa 2 nhân PowerVR SGX543MP2 Ram 512MB. Apple A5 với 2 lõi chạy ở tốc độ 1GHZ cung cấp hiệu suất tăng gấp 2 lần và sức mạnh đồ họa tăng nhiều lần so với chip A4 với 1 lõi đơn. Bảng thông số chi tiết của Apple A5: Đặc Tính Vật Lý Kỹ Thuật Mã sản phẩm S5L8940 Kích Thước Die 12.1mmx14.3mm=122.2 mm 2 Số lát kim loại 9(8 lát đồng + 1 lát nhôm) Số lát Polime 1 Loại package pop In thạch bản 45nm Kích thước package 16.7mmx14.3mm=238.8mm 2 Hiệu Năng Kỹ Thuật Số lõi CPU 2 Loại Lõi ARM Cortex-A9 MPCore Tốc Độ Đồng Hồ Từ 800MHz-1GHz Loại DRAM LPDDR2 Dung lượng RAM 512MB Số lõi GPU 2 Loại Lõi PowerVR SGX543MP2 CPU cache L1:32kb instruction+32kb data. L2:1MB. Số Đường Truyền Dữ Liệu Cho CPU(Threads) 2 II. KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ APPLE A5 1. Sơ đồ khối bộ xử lý và bộ xử lý đồ họa Có lẽ từ trước đến nay người dùng không thể nghĩ đến một cuộc chiến vi xử lý cho smartphone lại nhộn nhịp như những ngày đầu năm 2011. Cũng như vi xử lý trên máy tính, cuộc chiến vi xử lý cho smartphone đã chuyển từ tốc độ xung sang số lõi, từ đó giúp smartphone trở nên đa năng hơn, khả năng đa nhiệm tốt hơn. Và khởi đầu chính là SoC Tegra 2 của Nvidia được dựa trên chip ARM Cortex A9 của Samsung chạy ở tốc độ lên đến 1 GHz. Apple hiện chỉ phát triển 2 loại SoC là A4 và A5 được dung cho iPad và iPhone4. Thực tế, Apple lấy nguồn SoC trực tiếp từ Samsung – hãng có sản phẩm mang tên Exynos nhưng khi iPad ra mắt, chúng đã được đổi tên là Apple A4 và kế tiếp đó là A5. Apple A4 là SoC tích hợp vi xử lý ARM Cortex A8 lõi đơn tốc độ từ 800MHz đến 1GHz và GPU PowerVR SGX535 được sản xuất trên quy trình 45nm. Ở A5 sức mạnh đã được cải thiện đáng kể với việc tích hợp vi xử lý ARM Cortex A9 lõi kép và GPU PowerVR SGX543MP2 lõi kép cùng bộ nhớ RAM 512MB. Dưới đây là sơ đồ khối của vi xử lý ARM Cortex A9 lõi kép. Sơ đồ khối bộ xử lý ARM Cortex A9 Sự ra đời của ARM Cortex A9 MP2 được các chuyên gia đánh giá là một bước ngoặt lịch sử cho các thiết bị di động để có thể tiến lên gần với một máy tính. Tốc độ 1 GHz của ARM Cortex A9 lõi kép không phải là cố định, nó hoạt động linh hoạt và có thể điều chỉnh ở một mức độ làm việc phụ thuộc vào tải của hệ thống. Kiến trúc Cortex A9 lõi kép có một số thay đổi khác so với Cortex A8. Sự thay đổi chính và quan trọng nhất đó là việc di chuyển từ kiến trúc lõi đơn sang lõi kép. Với kiến trúc này, A9 tăng cường bộ nhớ đệm so với A8, cho phép sắp xếp lại khả năng đọc và ghi trong quá trình làm việc. Đằng sau bộ nhớ đệm Cache L1 là sự xuất hiện của một bộ nhớ đệm Cache L2 với kích thước lên đến 1 MB. Mỗi lõi bộ nhớ Cache L1 có kích thước 64 KB (bao gồm 32 KB xử lý và 32 KB dữ liệu). o Sơ đồ khối bộ xử lý đồ họa Power SGX Series 5 Sơ đồ khối bộ xử lý đồ họa Power SGX series 5 Đơn vị xử lý đồ họa GPU là một mạch lưu trữ hình ảnh trong một khung và đặt nó trong chuyển động để các video hoặc hình ảnh có thể xem được trên màn hình. Một GPU được sử dụng trong các hệ thống nhúng, điện thoại di động, máy tính để bàn, điều khiển đồ họa máy tính và làm thay đổi đầu ra màn hình một cách hiệu quả. Nó có khả năng di chuyển 1 tỉ pixel mỗi dây. A5 có năng lực xử lý đồ họa tăng gấp 7 lần so với A4 nhờ Power SGX 543 lõi kép. Dòng Power SGX Series 5 chưa xuất hiện trong nhiều thiết bị mà mới chỉ được tích hợp trong SoC Apple A5 được dùng trong iPad2, iPhone4S và PlayStation Vita. Nếu dòng 5 chỉ có GPU lõi đơn thì Power SGX 543 dùng cho A5 hỗ trợ tới 2 lõi, mỗi lõi có tốc độ gấp 2 lần SGX540. Do đó Apple A5 có khả năng xử lí đồ họa nhanh hơn hẳn so với A4 GPU System-on-Chip PowerVR SGX 535 (Apple A4) PowerVR SGX 543 (Apple A5) SIMD USSE USSE2 Universal Scalable Shader Engine 2.0 Pipelines 2 4 TMUs 2 2 Bus Width (in bits) 64 64 Triangle rate @ 200 MHz 14 MTriangles/s 35 MTriangles/s So sánh bộ xử lý đồ họa giữa Apple A4 và Apple A5 A5 được cải thiện đáng kể về sức mạnh với việc tích hợp vi xử lý ARM Cortex-A9 lõi kép và GPU PowerVR SGX543MP2 lõi kép cùng với bộ nhớ RAM 512 MB (A4 dùng RAM 256 MB). Hầu hết các thứ khác vẫn tương tự A4 như tốc độ xung nhịp, quy trình 45nm, bộ vi xử lý tín hiệu hình ảnh cũng như công nghệ "earSmart" để khử nhiễu âm thanh. 2. Tập lệnh 2.1 Kiểu thao tác Bộ xử lý Cortex có hai chế độ hoạt động: chế độ Thread và chế độ Handler. CPU sẽ chạy ở chế độ Thread trong khi nó đang thực thi ở chế độ nền không có ngắt xảy ra và sẽ chuyển sang chế độ Handler khi nó đang thực thi các ngắt đặc biệt (exceptions). Ngoài ra, CPU Cortex có thể thực thi mã trong chế độ đặc quyền hoặc không đặc quyền (privileged hoặc non-privileged). Trong chế độ đặc quyền, CPU có quyền truy cập tất cả các lệnh. Trong chế độ không có đặc quyền, một số lệnh bị cấm truy cập. Ngoài ra, việc truy cập các thanh ghi điều khiển hệ thống trong bộ vi xử lý Cortex cũng bị cấm. Cách sử dụng ngăn xếp cũng có thể được cấu hình. Ngăn xếp chính (main stack-R13) có thể được sử dụng bởi cả hai chế độ Thread và Handler. Chế độ Handler có thể được cấu hình để sử dụng ngăn xếp quá trình. Sau khi reset, bộ xử lý Cortex sẽ chạy trong cấu hình phẳng. Cả hai chế độ Thread và Handler được thực thi trong chế độ đặc quyền (privileged mode), do đó, không có sự giới hạn nào về quyền truy cập vào bất kỳ tài nguyên của bộ xử lý. Cả hai chế độ Thread và Handler đều sử dụng ngăn xếp chính. Để bắt đầu thực hiện, bộ xử lý Cortex đơn giản chỉ cần vector reset và địa chỉ bắt đầu của ngăn xếp để được cấu hình trước khi có thể bắt đầu thực thi chương trình ứng dụng C. Tuy nhiên, nếu người dùng đang sử dụng một hệ điều hành thời gian thực (RTOS) hoặc đang phát triển một ứng dụng đòi hỏi khắc khe về độ an toàn, chip có thể được sử dụng trong chế độ cấu hình nâng cao, nơi chế độ Handler (exceptions và RTOS) chạy trong chế độ đặc quyền và sử dụng ngăn xếp chính, trong khi mã ứng dụng chạy trong chế độ Thread và không có đặc quyền truy cập và sử dụng ngăn xếp quá trình. Bằng cách này mã hệ thống và mã ứng dụng được phân vùng và các lỗi trong mã ứng dụng sẽ không làm cho RTOS sụp đổ. Tất cả lệnh của ARM CortexA9 MP2 đều là 32bit: - Có cấu trúc dạng load-store - Cấu trúc lệnh định dạng 3 địa chỉ (nghĩa là địa chỉ của 2 toán hạng nguồn và toán hạng đích đều là các địa chỉ riêng biệt) - Mỗi chỉ lệnh thực thi một điều kiện - Có cả chỉ lệnh load-store nhiều thanh ghi đồng thời - Có khả năng dịch bit kết hợp ALU trong một chu kì máy - Thumb Code ARM tập lệnh 32-bit được dựa trên các nguyên tắc RISC, bao gồm: Tập tin đăng ký thống nhất lớn Nạp / lưu trữ kiến trúc, nơi mà các hoạt động xử lý dữ liệu chỉ hoạt động về nội dung đăng ký, không trực tiếp trên nội dung bộ nhớ Chế độ giải quyết đơn giản, với tất cả các địa chỉ load / store được xác định từ nội dung đăng ký và các lĩnh vực hướng dẫn. Ngoài ra, kiến trúc còn bao gồm một số tính năng chính bổ sung để cải thiện mật độ mã và hiệu suất: . loại tín hiệu trên một nền chíp duy nhất. Apple A5 được thiết kế bởi Apple lnc và được sản xu t bởi Samsung. 2- THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH Apple A5 được Apple thiết kế dựa trên công nghệ 45nm,. toàn thế giới. Apple lại tạo nên một bước tiến mới khi công bố bộ vi xử lý lõi kép(dual-core) Apple A5 với tên mã S5L8940 lần đầu tiên được sử dụng trên ipad2, iphone 4s… Với vi c sử dụng một. HỌC VI N CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VI N THÔNG KHOA AN TOÀN THÔNG TIN TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC VI XỬ LÍ APPLE A5 THẾ HỆ THỨ NHẤT DÀNH CHO IPAD2 HÀ