クアルコムのSnapdragon S4ラインナップ：Krait CPUとAdrenoグラフィックス
Qualcommの製品ポートフォリオは奥深く、幅広い。SnapdragonファミリーのモバイルSoCは、S1プラットフォームが初めて提供された2008年にまで遡る。そして2012年現在、同社の第4世代となるS4シリーズに注目が集まっている。
Qualcomm の S4 傘下には 4 つの製品ファミリーがあり、それぞれが特定のワークロードに対応するように構成された個別のチップで構成されています。
例えば、S4 Primeはスマートテレビやセットトップボックス向けのソリューションとして位置付けられています。MPQ8064 SoCは、S4 Primeの名称で提供される唯一のコンポーネントで、クアッドコアKraitアーキテクチャとAdreno 320グラフィックスを搭載しています。
本日の話題の中心であるS4 Proには、MSM8960TとAPQ8064という2つの異なるコンポーネントが含まれています。前者はデュアルコアのKraitベースプロセッサを搭載し、後者は4コアを搭載しています。どちらも28nmプロセスで製造され、同じハイエンドのAdreno 320グラフィックエンジンを搭載しています。MSM8960Tにはセルラー無線機能が内蔵されていますが、APQ8064には内蔵されていません。
スマートフォンとタブレット向けの S4 Plus と Play は、モデム内蔵とモデム非内蔵の 14 個の追加 SoC で構成されています。
Qualcomm の階層構造では、S4 Pro はモバイル デバイスで使用される最上位のプラットフォームであるため、同社がモバイル開発プラットフォームを APQ8064 を使用して構築したことは理にかなっており、現在当社のラボには APQ8064 が搭載されています。
S4ラインナップでは2位にランクインしていますが、Proセグメントは依然としてパフォーマンス重視の製品です。前述の通り、APQ8064は1.5GHzから1.7GHzで動作するクアッドコアのKraitベースプロセッサを搭載しています。QualcommはAPQ8064のブロック図を公開してくれませんでしたが、上の写真のMSM8960に、はるかに小型のモデムサブシステム（セルラー無線機能はなく、Wi-FiとBluetoothのみ）と2つのコアを追加した姿を想像してみてください。
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各コアは16KBのL1データキャッシュと16KBのL1命令キャッシュを備え、各コアペアは1MBのL2キャッシュを共有します。QualcommのKraitベースコアは、第3世代Snapdragon：デュアルコアScorpionで初めて紹介したScorpionベースの設計の後継です。下の表では、KraitとScorpionアーキテクチャの詳細を掘り下げ、ARMのCortex-A9およびCortex-A15コア設計と比較しています。
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| アーキテクチャの比較 | 皮質A9 | 皮質A15 | スコーピオン | クレイト |
|---|---|---|---|---|
| パイプラインの深さ | 8段階 | 15/17-24ステージ(整数/FPU) | 10ステージ | 11ステージ |
| アウトオブオーダー実行 | はい | はい | 部分的 | はい |
| ファブノード | 45/30/32 nm | 32/28 nm | 65/45 nm | 28 nm |
| コア構成 | シングル、デュアル、クアッド | デュアル、クアッド | シングル、デュアル | デュアル、クアッド |
| キャッシュ | L1: 32 KB + 32 KB、L2: 1 MB | L1: 32 KB + 32 KBL2: 最大 4 MB | L1: 32 KB + 32 KB L2: 256 KB (コアあたり) | L1: 16 KB + 16 KB L2: 1 MB (デュアルコアあたり) |
| DMIPS/MHz | 2.5 | 3.5 | 2.5 | 3.3 |
多くの競合他社とは異なり、QualcommはARM IPをベースとしたカスタムプロセッサ設計を採用し、自社コアの開発に多大な時間と費用を費やしているという点で独自性を持っています。例えば、Scorpion設計は、Cortex-A8およびCortex-A9コアと同じARMv7-Aアーキテクチャを採用しています。しかし、Qualcomm独自の実装では、命令パイプラインを異なるステージ数に分割し、非投機的アウトオブオーダー実行を採用し、128ビットSIMD機能を提供しています。多くの社内開発を特徴とするScorpionは、標準のCortex-A9との差別化を容易にしており、これがベンチマークにおける優位性の理由の一つとなっています。
Kraitは、複雑性の増加（おそらく28nmプロセスノードの小型化によるところが大きい）によって、パフォーマンスを顕著に向上させています。各コアは、クロックサイクルあたり最大3つの命令をデコードできるようになりました（以前は2つ）。これはCortex-A15の設計と同様です。ただし、整数パイプラインは11段になり、Scorpionより1段長くなっていますが、-A15の15段実装ほど長くはありません。実際には、パイプラインが長くなったことでクロックレートの優位性が生まれるはずです。
QualcommはKraitに、各コアのクロック周波数を非対称に動作させる機能も搭載しています。これにより、SoCのコンピューティングリソースを全て必要としないアプリケーションでの省電力化が促進されます。確かに便利な機能ではありますが、これは新しいものではありません。Scorpionコアにもこの機能が搭載されており、NVIDIAのTegra 3も5番目のコンパニオンコアに同じ原理を採用しています。
