Nvidia enthüllt Details zu Kal-El

Fünf CPU-Kerne sollen Tablets & Smartphones Beine machen

In Kürze erwartet man die ersten Tablets auf Basis der Nvidia Tegra 3 Plattform, während entsprechende Smartphones erst im Frühjahr 2012 kommen sollen. Heute nun hat Nvidia einige technische Details und auch Benchmarks des zugrunde liegenden ‚Kal-El‘ Prozessors herausgegeben. Demnach handelt es sich um die erste „Mobile Quad-Core CPU“ und sie soll weniger Strom verbrauchen als die aktuellen 2-Kern-Mobilprozessoren. Die Grafikleistung ist im Vergleich zu Tegra 2 laut Nvidia um den Faktor 3 gesteigert worden.

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Kal-El wird wie der Tegra 2 Prozessor noch in 40-Nanometer-Technologie bei TSMC gefertigt – genau wie aktuelle Grafikchips – und basiert auf der ARM Cortex A9 Architektur. Die wichtigste Neuerung außer der Verdopplung der Anzahl der Kerne im Vergleich zum Tegra 2 ist Variable Symmetric Multiprocessing (vSMP). Kal-El verfügt über einen fünften, speziellen Low-Power CPU-Kern. Dieser besitzt ebenfalls die Cortex A9 Architektur, wird aber mit weniger Spannung und niedrigerer Taktfrequenz betrieben als die vier Hauptkerne. Dieser sogenannte Companion Core ist nur für einfache, zeitlich unkritische Aufgaben zuständig, wie sie z.B. im aktiven Standby mobiler Geräte vorkommen. Dazu gehört die Synchronisation von eMails, Twitter und Facebook, aktive Widgets oder auch das Abspielen von Musik und Videos. All dies kann der Companion-Core bei viel weniger Stromverbrauch erledigen als die vier Hauptkerne. Diese werden aktiviert, wenn sie benötigt werden, also z.B. beim Internet-Surfen (Stichwort: Flash), Spielen oder dem Benutzen performance-intensiver (Multimedia-)Apps wie Videokonferenzen. Diese Architektur soll die Akkulaufzeit von Tegra 3 Geräten deutlich verlängern.
Die folgende Tabelle verdeutlicht den Unterschied der Kerntypen.

Stromverbrauchs-optimierter
Companion CPU-Kern
Leistungs-optimierter
Haupt-CPU-Kern
Architektur ARM Cortex A9 ARM Cortex A9
Prozesstechnik Low Power (LP) General/Fast (G)
Taktfrequenzbereich 0 bis 500 MHz 0 bis Max MHz

Dazu kommt, dass Kal-El laut Nvidia trotz doppelt soviel Kernen insgesamt weniger Strom verbraucht als ein vergleichbarer Dual-Core-Prozessor, weil die einzelnen Kerne bei insgesamt gleicher Leistung mit niedrigeren Taktraten und niedrigerer Spannung betrieben werden können. Durch die spezielle Fertigung der CPU-Kerne verbraucht Kal-El aber sogar weniger Strom als aktuelle 2-Kern-CPUs bei vergleichbaren Taktraten, wie Nvidia in der folgenden Tabelle aufgelistet hat. Dabei wird der durchschnittliche Stromverbrauch beim Coremark Benchmark aufgeführt (Idle-Stromverbrauch ist immer abgezogen, um die reine CPU-Leistung zu messen). Die zum Vergleich herangezogenen Mobil-CPUs von Texas Instruments und Qualcomm verfügen über jeweils zwei Kerne und basieren ebenfalls auf der Architektur von ARM.

Mobilprozessor Gemessene
Leistungsaufnahme
Coremark
Ergebnis
Kal-El (alle Kerne bei 480 MHz) 579 mW 5589
OMAP4 (alle Kerne bei 1 GHz) 1501 mW 5673
QC8660 (alle Kerne bei 1,2 GHz) 1453 mW 5690
Kal-El (alle Kerne bei 1 GHz 1261 mW 11667

Die Nutzung des Companion-Core ist auch beim Abspielen von Musik und Videos möglich, weil hier noch zusätzliche Hardware-Encoder und -Decoder genutzt werden statt der Hauptkerne einer Tegra-CPU.

Tegra 3 Geräte dürften überwiegend mit dem Betriebssystem Android in der Version 3 (Codename: Honeycomb) ausgestattet werden und dies unterstützt Multicore-Processing und skaliert wohl auch sehr gut mit der Anzahl der Kerne, wobei letzteres natürlich auch abhängig ist von den jeweiligen Apps. Jedenfalls behandelt Android grundsätzlich alle CPU-Kerne gleich, was beim Companion-Core von Kal-El nicht gewünscht ist. Deshalb besitzt Kal-El nach Angaben von Nvidia sowohl auf Hardware- als auch auf Betriebssystem-Ebene Funktionen, um die Verteilung der Last auf die einzelnen Kerne zu organsieren. Die Last wird ständig überwacht und die Kerne entsprechend aktiviert oder deaktiviert. Dazu sollen aber keine Änderungen am Betriebssystem selbst oder sogar speziellen Programme notwendig sein und der Anwender soll davon nichts bemerken.

Beim Grafik-Teil von Tegra 3 hält sich Nvidia noch mit Informationen zurück und stellt lediglich die „dreifache Performance von Tegra 2“ in Aussicht. Das soll mit einer Ultra-Low-Power GeForce-GPU mit 12 Kernen erreicht werden.

Hintergrundprogamme auf einem Smartphone
Architektur von Kal-El
Core-Szenarien
Stromersparnis von Kal-El im Vergleich zu Kal-El
Coremark Benchmark
Gaming-Benchmarks
Photaf 3D Panorama Benchmark
Moonbat Benchmark

Quelle: Eigene

Frank Schräer

Herausgeber, Chefredakteur und Webmaster

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