News : Nvidias Tegra 3 setzt auf 5 CPU-Kerne

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Noch in diesem Jahr will Nvidia den Nachfolger des durchaus erfolgreichen Tegra-2-SoCs vorstellen. Der bislang unter dem Code-Namen „Kal-El“ entwickelte Tegra 3 soll dabei bei deutlich höherer Leistung weniger Energie verbrauchen. Erreicht wird dies unter anderem durch den Einsatz von fünf CPU-Kernen.

Dabei setzt Nvidia allerdings auf zwei unterschiedlich geprägte Prozessorkerne. Neben einem „klassischen“ Quad-Core-Aufbau bestehend aus vier ARM-ARM-Cortex-A9-Kernen mit einer voraussichtlichen maximalen Taktfrequenz von 1,5 Gigahertz wird ein zusätzlicher sogenannter Companion-Kern verbaut. Dabei handelt es sich ebenfalls um einen A9-Kern, der allerdings stark auf das Sparen von Energie ausgelegt ist und nur mit maximal 500 Megahertz an Takt zu Werke gehen soll. Nvidia spricht hier von einem variablen symmetrischen Multiprozessorsystem (vSMP).

Tegra 3: Schematischer Aufbau
Tegra 3: Schematischer Aufbau

Vorgesehen ist, dass bei nur geringer Auslastung einzig der Companion-Kern genutzt wird. Zu den entsprechenden Szenarien gehört der Standby-Betrieb, in dem nur sehr wenige Komponenten betrieben werden müssen und so nur eine sehr begrenzte CPU-Last entsteht. Aber auch das Synchronisieren von E-Mail-Konten, Kalendern, Aufgabenlisten oder Social-Network-Accounts soll einzig und allein vom Companion-Kern erledigt werden. Ebenfalls ohne Zutun der vier eigentlichen Kerne möglich sein soll die Wiedergabe von Audio-Streams oder lokal gespeicherter Musik, aber auch Videos soll der einzelne Kern dank des im SoC integrierten Hardware-Dekoders alleine abspielen können.

Tegra 3: Mögliche Kernnutzung
Tegra 3: Mögliche Kernnutzung

Aber nicht nur durch den verbauten fünften Kern soll der Tegra 3 effizienter sein. Denn je nach Auslastung können zwei oder drei der „normalen“ Kerne komplett abgeschaltet werden – die Last kann also bei kompatibler Software auf einen, zwei oder vier Kerne verteilt werden. Dabei kann zudem die Taktrate variiert werden, die dann aber bei jedem Kern identisch ist.

Bei der Architektur gibt es laut Nvidia einige Besonderheiten. So muss beispielsweise sichergestellt sein, dass der Companion-Kern nicht zeitgleich mit einem der anderen vier Kerne arbeitet. Dies ist unter anderem aufgrund von Android notwendig, welches von gleichstarken Kernen in einem SoC ausgeht. Diese Annahme würde durch den Companion-Kern bei gleichzeitigem Betrieb über den Haufen geworfen werden. Erreicht wird dieses Umschalten durch verschiedene Maßnahmen, die gleichzeitig aber auch einen nahtlosen Übergang der Last zwischen beiden „Systemen“ gewährleisten sollen, als Grenzwert werden zwei Millisekunden genannt. Gleichzeitig wird aber auch vermieden, dass zu häufig zwischen Companion und den vier anderen Kernen gewechselt wird, Nvidia spricht hier von Core Trashing. Dabei spielt das verwendete Betriebssystem keine Rolle beim Umgang mit dem Companion-Kern. Der Wechsel wird vom SoC selbst vorgenommen, für das OS ist das sprichwörtliche „fünfte Rad am Wagen“ sozusagen unsichtbar.

Tegra 3: Wechsel zwischen Kernen
Tegra 3: Wechsel zwischen Kernen

In Sachen Effizienz scheinen diese Ansätze durchaus Wirkung zu zeigen – auch wenn man solche Benchmarks mit einiger Vorsicht genießen muss. So soll der Verbrauch bei der MP3-Wiedergabe 14 Prozent geringer als beim Vorgänger Tegra 2 sein, bei der Wiedergabe von HD-Videos sogar 61 Prozent. Im Vergleich zu SoCs der Konkurrenz (OMAP 4 von TI sowie MSM 8x60 von Qualcomm) sollen die Einsparungen bei gleicher Leistung etwa 60 bis 70 Prozent betragen. Aber selbst bei voller Last – bei der Nvidia zufolge eine deutlich höhere Gesamtleistung erzielt wird – soll der Verbrauch geringer sein.

Tegra 3
Tegra 3
Tegra 3
Tegra 3

Aber nicht nur die Effizienz im Umgang mit Energie ist ein großes Thema beim Tegra 3, auch auf die gesteigerte Leistung weist Nvidia hin. Dabei soll man aber nicht nur bei extrem fordernden Applikationen wie grafisch aufwändigen Spielen von den vier Kernen mit ihrer höheren Leistung profitieren, sondern auch bei vermeintlich eher unspektakulären Anwendungen. So ist die JavaScript-Leistung etwa 50 Prozent höher als bei Dual-Core-SoCs, kompatible Browser und Betriebssysteme erlauben zudem die Verteilung von Tasks auf die Prozessorkerne.

Tegra 3
Tegra 3

In puncto CPU-Gesamtleistung soll der Tegra 3 knapp doppelt so viel erreichen wie sein Vorgänger, wobei es hier mehr oder weniger große Unterschiede zwischen den einzelnen Anwendungsbereichen gibt. Dadurch stehen Nvidia zufolge neue Möglichkeiten offen, für die bisherige Systeme nicht ausreichend leistungsfähig waren. Dazu gehören unter anderem Echtzeitphysikberechnungen sowie dynamische Beleuchtung, was bereits vor einigen Wochen in der Tech-Demo „Glowball“ gezeigt wurde. In solchen Fällen wird die Belastung auf alle vier Prozessorkerne verteilt, um eine möglichst gleichmäßige Auslastung zu erreichen. Davon wiederum soll das ganze System profitieren, da auch für die im Hintergrund noch laufenden weiteren Anwendungen ausreichend Reserven vorhanden sind. Während ein Tegra-2-SoC in „Glowball“ 13 Frames erreicht, sollen es beim Tegra 3 „Kal-El“ 35 Frames sein – eine Steigerung von circa 170 Prozent.

Tegra-3-Techdemo

Zur verbauten GPU gibt es bislang jedoch keine genaueren Einzelheiten. Dabei will Nvidia hier mit zwölf Kernen ebenfalls für deutlich mehr Leistung als beim Vorgänger bieten, als grobe Steigerung wird hier der Faktor drei genannt. Gefertigt wird „Kal-El“ im 40-Nanometer-Prozess von TSMC, eingesetzt werden soll er in erster Linie in Smartphones und Tablets. Für eine Ausschöpfung der Leistung unter Android wird Version 2.3 respektive 3.0 benötigt. Aber auch der Einsatz in Windows-8-Systemen wäre durchaus denkbar.

Tegra 3
Tegra 3
Tegra 3
Tegra 3