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Alle technischen Details zu Tegra 3 - Kal-El vorgestellt - Vorschau: Variable Symmetric Multiprocessing

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Seite 3: Vorschau: Variable Symmetric Multiprocessing

Wie bereits erwähnt, setzt NVIDIA bei Kal-El ein Weiterentwicklung des SMP ein, das Variable Symmetric Multiprocessing (vSMP). Da das Funktionsprinzip für zwei Cores bereits ausgenutzt wird, hat sich NVIDIA etwas einfallen lassen, um höhere Performance und geringere Leistungsaufnahme zu vereinen.

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Beim vSMP wird den vier Main-Cortex-A9-Kernen noch ein sogenannter Companion-Core zur Seite gestellt. Kal-El ist also eigentlich kein Quad-Core-Prozessor, sondern besitzt rein technisch gesehen fünf Kerne, ist also ein Penta-Core-Prozessor. Der Companion-Core ist auf niedrige Leistungsaufnahme und vor allem niedrige Leckströme ausgelegt und entsprechend im Fertigungsprozess anders entwickelt worden.

Während die vier Main-Cortex-A9-Kerne von 0 bis zu einer nicht näher spezifizierten maximalen Taktfrequenz (vermutlich 1,5 GHz) arbeiten können, läuft der ebenfalls auf der Cortex-A9-Architektur aufbauende Companion-Core nur mit maximal 500 MHz.

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Android 3.x ist von Haus aus in der Lage mit Multi-Core-Hardware umzugehen und auch der Companion-Core kann hier genutzt werden. Laufen also nur einige wenige Hintergrund-Anwendungen erledigt der Companion-Core die anfallenden Berechnungen, während die übrigen Kerne sich im Ruhezustand befinden und somit Strom sparen. Werden nur einige wenige Anwendungen gestartet, die von einem Kern übernommen, aber nicht mehr von Companion-Core berechnet werden können, so schaltet sich dieser ab und der einzelne Kal-El-Core übernimmt die Arbeit. Je mehr Workload nun an die Hardware herangeführt wird, umso mehr Prozessor-Kerne schalten sich zu. Letztendlich können alle vier Kal-El-Kerne beschäftigt sein.

Der Companion-Core ist allerdings nicht in der Lage gemeinsam mit einem der vier "echten" Kerne zu arbeiten. Nur für einen kurzen Zeitraum der Datenübergabe und Synchronisation müssen beide Core-Modelle arbeiten.

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Im obigen Diagramm ist der Zusammenhang zwischen Performance und der benötigten Leistung sehr schön zu sehen. Wird nur wenig Performance benötigt, läuft nur der Companion-Core, während die Main-Cores abgeschaltet bleiben. Im Gegenzug bleibt die Leistungsaufnahme gering und entsprechend länger hält auch der Akku des Tablets oder Smartphones. Wird hingegen mehr Rechenleistung benötigt, schalten sich die Main-Cores ein und übernehmen die Arbeit des Companion-Cores.

Durch die Nutzung des Companion-Cores will es NVIDIA geschafft haben die Leistungsaufnahme gegenüber Tegra 2 deutlich zu reduzieren und liefert auch gleich eigene Messungen mit.

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Je nach Anwendungsgebiet lassen sich zwischen 14 und 61 Prozent einsparen, was sich letztendlich auch bei der Akkulaufzeit niederschlagen sollte. Dies gilt natürlich nur, wenn die Anwendungen auch auf dem Companion-Core laufen.

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Woher diese enormen Einsparungen bei der Leistungsaufnahme stammen, soll dieser Vergleich darstellen. Ein Cortex A9 mit 480 MHz, also dem Takt eines Companion-Core kommt auf eine Leistungsaufnahme von 579 mW. Bei 1 GHz sind es schon 1261 mW, also mehr als das Doppelte. Zum Vergleich hat man noch zwei Konkurrenzprodukte in Form des OMAP4 und QC8660 aufgeführt und entsprechende Werte aufgelistet.

Beim OMAP4 handelt es sich um einen Dual-Core-Prozessor, ebenfalls auf Basis des Cortex A9, der von Texas Instruments entwickelt wurde. Erst ist beispielsweise im RIM PlayBook oder LG Optimus 3D P920 verbaut. Der QC8660 stammt aus dem Hause Qualcomm und ist ebenfalls ein Dual-Core-Prozessor auf ARM-Basis.

Der Vergleich zwischen den beiden Kal-El-Kernen mit 500 und 1000 MHz macht das Einsparpotenzial durch unterschiedliche Taktfrequenzen also mehr als deutlich. Aus diesem Grund sind die vier Main-Cores auch in der Lage mit unterschiedlichen Taktfrequenzen zu arbeiten. So kann ein Kern mit 1 GHz arbeiten und zwei weitere mit jeweils 500 MHz. NVIDIA bzw. ARM hat dazu jeden Kern mit eigenen "Power Planes" versorgt.