ARM: Schnellere Funknetze wie 4G drücken die Akkulaufzeit
Ein Funkmodul für 4G-Techniken wie LTE ist laut ARM-Vize Simon Segars 500-mal so komplex wie ein GPRS-Modul. Dies sagte der Manager laut einem Bericht des Registers(öffnet im neuen Fenster) auf der Konferenz Hot Chips(öffnet im neuen Fenster) in San Francisco. Die höhere Komplexität schlägt sich dabei nicht nur in der benötigten Chipfläche nieder, sondern vor allem in der Leistungsaufnahme.
Während man die ersten 2G-Modems für GPRS in den 1990er Jahren laut Segars noch aus einem einzelnen programmierbaren DSP bauen konnte, ist das mit aktuellen 4G-Standards nicht mehr möglich. Nötig sind mehrere DSPs für verschiedene Teile der Protokolle sowie ein Control-Prozessor, der diese einzelnen Bausteine steuert.
Alle diese Elemente brauchen Energie – und hier liegt die Schwierigkeit für die Entwicklung mobiler Geräte, denn: "Akkus sind wirklich ziemlicher Müll", sagte Segars dem Register. Nach seiner Darstellung nimmt die Energiedichte in einem Akku jedes Jahr um zehn bis elf Prozent zu, und das reicht nicht aus.
Akkus halten mit Moores Law nicht mit
Der ARM-Manager setzte diesen Zahlen Moores Law entgegen, dem zufolge sich die Zahl der Transistoren auf einem Halbleiter alle 18 Monate verdoppeln lässt. Diese Faustregel der Halbleiterbranche wirkt sich inzwischen auch auf ARM-Geräte wie Smartphones aus, die zunehmend mit Dual-Core-CPUs und aufwendigerer Grafiklogik ausgestattet werden. Um diese erweiterten Funktionen nutzen zu können, bräuchte ein mobiles Gerät aber mehr Energie. Die ist jedoch bei mobilen Geräten durch Formfaktor und Gewicht begrenzt.
ARM-Kerne sollen durch Kohärenz Strom sparen
Da sich laut Simon Segars bei den Funkmodulen nicht viel Energie einsparen lässt, muss das bei den ARM-CPUs selbst erfolgen. Ein Ziel, das ARM dafür anstrebt, ist Cache-Kohärenz(öffnet im neuen Fenster). Bei diesem Mechanismus wird dafür gesorgt, dass die Daten, die jeder Kern – oder auch eine GPU – in den Zwischenspeichern verändert, stets abgeglichen werden. Wenn beispielsweise zwei Kerne an einer in Threads aufgeteilten Aufgabe arbeiten, synchronisiert die Kohärenz-Logik die Ergebnisse.
PC-Prozessoren beherrschen das längst, dort wurde die Cache-Kohärenz zunächst vor allem zur Steigerung der Rechenleistung entwickelt. Bei mobilen Geräten ist aber ein Nebeneffekt der Technik wichtiger: Da die Daten unabhängig von den Kernen im Cache synchronisiert vorgehalten werden, müssen die Cores sie nicht ständig überwachen – und können sich folglich zur Stromersparnis abschalten.
ARM-CPUs beherrschen bisher aber keine Cache-Kohärenz, erst mit der Architektur des Cortex-A15 soll sich das ändern. Dieser wurde zwar schon 2010 vorgestellt, Simon Segars rechnet aber erst 2013 mit dem Einsatz in mobilen Geräten. Einer der ersten ARM-basierten Chips damit könnte TIs OMAP 5 sein, von dem schon 2011 Muster ausgeliefert werden soll.
Bis dahin müssen die Hersteller von Tablets, Smartphones und anderen ARM-Geräten den Spagat zwischen schnellen Funknetzen und langer Akkulaufzeit wagen. Vor allem für die Ende 2011 und im Jahr 2012 erwarteten Geräte wird das schwierig. Viele mobile Betriebssysteme wie Android weisen schon jetzt darauf hin, dass die ausschließliche Verwendung von 2G-Netzen gegenüber 3G wie UMTS stromsparender ist – mit 4G-Netzen dürfte sich das laut ARMs Vorhersagen noch verschlimmern.
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