Informe

Procesadores para dispositivos móviles

Los teléfonos móviles son un objeto de deseo cada vez más universal y ya no hay que ser apasionado de la tecnología para interesarse por qué pantalla, procesador o sistema operativo cargan

Manuel Arenas

Apple A5X

9 enero 2013

Los teléfonos móviles son un objeto de deseo cada vez más universal y ya no hay que ser apasionado de la tecnología para interesarse por qué pantalla, procesador o sistema operativo cargan.

El acercamiento a los smartphones con el ánimo de tomar una decisión de compra que no se base únicamente en el precio, pasa por conocer cómo están construidos. Vistos desde fuera, todos los terminales son parecidos: tienen una pantalla, iconos en el escritorio, algunos teclado, funcionan con una batería… Pero hay otras características que no se ven tanto, y que empiezan a cobrar relevancia a medida que la tecnología progresa. Son las relacionadas con «las tripas» de los dispositivos móviles, sobre todo de los smartphones, pero también se aplica a las tabletas y por extensión a los Ultrabooks y portátiles.

En los primeros teléfonos inteligentes, ya fueran Android, Symbian, BlackBerry, Windows Mobile o iOS, el procesador o las tecnologías aceleradoras de gráficos empleadas en su construcción apenas sí suscitaban interés. La tecnología se ocultaba tras la mera funcionalidad. Además, la escasez de terminales, junto con la falta de información que se tenía de los primeros procesadores ARM y de los pocos fabricantes que los firmaban, contribuían a ocultar los detalles tecnológicos.

El interés por los procesadores en movilidad

A medida que el negocio de la movilidad ha ido cobrando forma y el ecosistema de aplicaciones y servicios creciendo, la tecnología va ofreciendo más y más posibilidades tanto para los desarrolladores de aplicaciones como para los de sistemas operativos. Un teléfono móvil no se aleja demasiado (conceptualmente hablando) de un portátil o de un ordenador. Funciona gracias a que hay un sistema operativo que se ejecuta sobre una plataforma de hardware compuesta por un procesador (CPU), un acelerador gráfico (GPU), memoria, comunicaciones, la pantalla y una interfaz con métodos para la entrada de datos mediante teclado o usando los dedos o la voz. Pero, a diferencia de los sistemas de sobremesa, donde muchos de estos componentes están perfectamente diferenciados, en los móviles lo que se hace es integrarlos todos en los SoC (System On a Chip).

Al principio eran populares los feature phones, que no permitían la descarga de aplicaciones, sino que dependían de las que tuviera preinstaladas el propio sistema operativo cerrado,o de las que el fabricante incluyera con carácter excepcional posteriormente. Ya entonces se empezaba a hablar del procesador como elemento diferenciador, con ejemplos como el Samsung Jet. Con Apple, con el iPhone original, la llegada de su tienda de aplicaciones en 2008 y meses después la de Google, todo cambió: las aplicaciones precisaban de un buen hardware para funcionar, por supuesto. Su evolución ha atraído la atención de los principales fabricantes de procesadores; desde Intel hasta NVIDIA, pasando por Qualcomm, Samsung, Texas Instruments o Apple, entre otros.

Apple iPhone 5 mapas

• Ahora que los fabricantes empiezan a alinearse con servicios y soluciones exclusivas, la elección del hardware es solo una de las variables en la ecuación de compra. Puede que tengas el mejor terminal, pero no te satisfaga un servicio concreto, como el de mapas.

¿Por qué ARM?

La arquitectura de los procesadores móviles existentes, con el permiso de Intel y su procesador Atom Z2460 con arquitectura x86, es ARM. ARM ofrece tanto los juegos de instrucciones necesarios para programar aplicaciones como diseños de referencia para fabricar los procesadores capaces de trabajar con ellos. Las instrucciones tienen un equivalente en operaciones lógicas y aritméticas, que a su vez tienen su «representación» electrónica realizable mediante circuitos digitales. Una compañía interesada en ofrecer soluciones CPU basadas en ARM puede licenciar tanto las instrucciones como el diseño de referencia, o diseñar desde cero la electrónica capaz de trabajar con ellas.

Durante la historia de ARM, ha habido diferentes arquitecturas caracterizadas por el juego de instrucciones. ARMv1, ARMv2, hasta llegar a ARMv7 con la vista puesta en ARMv8. Para cada arquitectura, ha habido diferentes diseños de referencia. Por ejemplo, para ARMv6 se tenía el diseño de referencia ARM11. Y para los actuales ARMv7 son populares los ARM Cortex A9 a la espera de los Cortex A15.

Compañías como Apple, Qualcomm o NVIDIA, en alguno de sus proyectos futuros, no usan estos diseños de referencia y, por tanto, sus procesadores no se pueden categorizar como Cortex A9 ni A15, aunque sus características estarán en línea con las de los futuros Cortex A15. Por ejemplo, el procesador Samsung Exynos 4412 de cuatro núcleos que usa el Galaxy S3 es ARMv7 Cortex A9, así como el Tegra 3 de NVIDIA, también quad core, es Cortex A9.

NVIDIA Tegra 3

Los procesadores de Intel se han encontrado con un problema al enfrentarse a este entorno: la eficiencia de la arquitectura x86. Intel ha ido bajando el voltaje y la frecuencia de sus CPUs para optimizar el consumo; pero, su problema es que, para obtener un procesador con un consumo tan bajo como para ser instalable en un móvil, tiene que bajar tanto la frecuencia que el rendimiento cae hasta niveles paupérrimos. Así, si una CPU x86 consume 100 W, puedes intuir que su rendimiento será elevado. Si consume 17 W, su rendimiento será varios órdenes de magnitud menor; y, si consume 2 W, el rendimiento será tan bajo que no valdrá ni para un móvil. Tras muchos años de trabajo, parece que los Atom empleados en la plataforma Med­field para móviles consiguen estar a la altura y ya hay terminales Android que usan el Atom Z2460 como procesador.

ARM, por su parte, usa un juego de instrucciones (ISA) reducido, más simple que el de x86. Es una arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer) frente a la CISC de Intel o AMD (Complex Instruction Set Computer). Es una arquitectura más eficiente, que ha crecido en rendimiento gracias a mejoras en el diseño de los micros. Por ejemplo, Intel tuvo que eliminar la parte Out of Order (OoO) en el Atom para ajustarlo a las exigencias de consumo de los móviles, pero en ARM se ha conseguido implementar esta característica que hace que el rendimiento mejore entre un 15 y un 30 por ciento.

En la tabla de benchmarks puedes ver que los últimos procesadores ARM alcanzan rendimientos cercanos o superiores a los de Intel con consumos menores.