Esaminiamo le caratteristiche del processore Nvidia Tegra 3, destinato ad equipaggiare con i suoi quattro core ARM la prossima generazione di smartphone e tablet, partendo dall'Asus Eee Pad Transformer Prime.
Nella giornata di oggi è stato presentato ufficialmente il nuovo SoC Nvidia Tegra 3, conosciuto nei mesi scorsi soprattutto col nome in codice Kal-El. Vi abbiamo già parlato a più riprese di questa nuova soluzione, delle sue caratteristiche tecniche e delle prestazioni che dovrebbe avere, ma oggi, con la presentazione ufficiale, il quadro si è completato con l'aggiunta di diversi particolari tecnici riguardo l'architettura sia della componente CPU che GPU.
Tegra 3 è interessante per diversi motivi. Anzitutto perché è il primo SoC con processore quad-core destinato sia agli smartphone che ai tablet a giungere sul mercato. Anche i competitor di Nvidia in questo settore infatti hanno in sviluppo proposte di nuova generazione che potranno avere fino a quattro core, ma queste ultime saranno disponibili solo molto più in là nel tempo, per cui allo stato attuale Nvidia ha guadagnato un vantaggio non indifferente.
Sarà però anche interessante vedere come reagirà il mercato a Tegra 3 e come si posizionerà nell'utilizzo reale rispetto ai SoC degli altri produttori. Se infatti alcuni, come ad esempio Qualcomm col suo Krait, hanno puntato su una forte ottimizzazione della micro-architettura e un deciso contenimento dei consumi, Nvidia ha proposto una soluzione basata su un'architettura già esistente, ARM Cortex A9, realizzata ancora con processo produttivo a 40 nm. Il Green Team ha invece puntato tutto sulla potenza di calcolo e su un avanzato sistema di power gating come risposta all'esigenza di contenere i consumi altrimenti troppo elevati di Tegra 3. Come si vede quindi sono strade quasi antitetiche e sarà interessante vedere quale pagherà maggiormente. Nel frattempo però torniamo a Tegra 3 e andiamone a vedere in dettaglio tutte le caratteristiche.
Architettura
Nvidia Tegra 3 esce dalle fonderie TSMC, ed in particolare dalle linee di produzione a 40 nm di tipo LPG, come già era accaduto per il predecessore Tegra 2 ma, a differenza di questo, le dimensioni del die sono quasi raddoppiate, passando da una superficie di circa 49 mm² a 80 mm². Ciò è dovuto a diversi ritocchi architetturali interni, volti a migliorare globalmente le prestazioni del processore ARM Cortex A9, oltre che ovviamente al maggior numero di core.
Rispetto alla generazione precedente, ora ciascun core avrà pieno supporto alle istruzioni NEON, grazie alla presenza del motore ARM MPE (Media Processing Engine), mentre Tegra 2 era completamente sprovvisto di tale supporto per contenere le dimensioni del die. Ricordiamo che le Advenced SIMD Extension conosciute come ARM NEON sono un set di istruzioni in grado di accelerare le applicazioni multimediali legate ad esempio ad operazioni di encoding o decoding e al rendering della grafica 2D e 3D.
Le dimensioni della cache di primo e secondo livello invece sono rimaste intatte. Ciascun core avrà infatti due unità L1, ciascuna da 32 KB, mentre la cache L2 da 1 MB è condivisa tra tutti i core. Mentre però la latenza della cache di primo livello è rimasta la stessa di Tegra 2, quella di secondo livello è ora due volte più rapida. Inoltre, benché i core siano passati da due a quattro, Nvidia ha lasciato invariata la dimensione della cache L2, segno che probabilmente pensa che, nella maggior parte degli scenari, sarà difficile che siano impegnati tutti i quattro core.
Per quanto riguarda il clock rate invece esso sarà di 1.4 GHz per ciascun core e non 1.5 GHz come anticipato nei primi rumor. Inoltre, se più di un core per volta dovesse essere attivo la frequenza sarà ulteriormente limitata a 1.3 GHz. Si tratta ovviamente di diversi accorgimenti atti a mantenere entro una soglia accettabile i consumi di Kal-El. Come sappiamo poi ciascun core potrà essere spento (power gate) quando si troverà in stato di idle, così da non assorbire elettricità.
L'altra soluzione adottata è invece molto più innovativa e prevede l'affiancamento dei quattro core principali da parte di un quinto core di tipo Low Power, chiamato Companion Core, che avrà una frequenza massima di 500 MHz e sarà indipendente dagli altri quattro per quanto riguarda l'alimentazione. Nvidia definisce questa soluzione a cinque core misti come vSMP (Variable Symmetric Multiprocessing). Nvidia chiarisce che il companion core ha anche delle differenze a livello di architettura rispetto agli altri 4 core ARM.
In pratica, quando il device dotato di Tegra 3 sarà in uno stato di stand-by attivo, ossia quando lo schermo sarà spento e saranno attivi solo alcuni task di routine in background, i quattro core principali saranno completamente spenti e il terminale sarà gestito unicamente dal Companion Core, mentre gli altri quattro core si attiveranno solo man mano che le richieste da parte del sistema diventeranno più impegnative e che si supererà quindi la soglia di assorbimento prestabilita. Le due isole però non potranno mai essere contemporaneamente attive: o lavorerà il Companion Core e gli altri saranno spenti, o si spegnerà il primo e si attiveranno da 1 a 4 core a seconda del carico di lavoro. Il tempo di switch tra le due isole è inferiore ai 2 ms. L'intero processo infine è del tutto trasparente al sistema operativo. Quest'ultimo infatti vedrà sempre e solo quattro core, mentre sarà uno scheduler integrato nella CPU a decidere quali core dovranno essere in funzione, a seconda del workflow istantaneo.
Un ultimo, ma importante accenno, va fatto al controller delle memorie. Tegra 3 infatti supporta RAM molto più veloci rispetto al predecessore, anche se il controller stesso non è cambiato. Tegra 2 supportava soltanto RAM di tipo LPDDR2 con un data rate di 600 MHz, mentre Tegra 3 può utilizzare sia RAM LPDDR2-1066 che DDR3-L fino a 1500 MHz.
GPU e prestazioni multimediali
Anche la GPU integrata in Tegra 3 sarà più potente di quella della generazione attuale, avendo ben 12 core invece dei 4 o 8 di Tegra 2. Quest'ultimo infatti aveva al massimo quattro pixel shader unit e quattro vertex shader unit, mentre in Tegra 3 le unità pixel shader sono state aumentate a 8 e quelle vertex shader sono rimaste invece immutate. Nvidia inoltre ha aumentato la frequenza di lavoro della GPU, anche se non ha dichiarato di quanto rispetto ai 300 MHz di Tegra 2 ed ha accresciuto la quantità di cache per ciascuno dei core, così da aumentarne ulteriormente l'efficienza. Tutti questi ritocchi, assieme a nuovi driver, dovrebbero produrre l'incremento di prestazioni indicato da Nvidia, pari a 2 volte quelle ottenibili con Tegra 2. Poiché è molto probabile che anche i nuovi titoli per smartphone e tablet Android based faranno uso di pixel shader più che di vertex shader, la nuova GPU di Nvidia dovrebbe garantire davvero un salto prestazionale doppio.
Il nuovo processore grafico inoltre supporta ora anche il 3D stereoscopico, per godere su un display esterno compatibile, tramite connessione HDMI 1.4, sia dei video tridimensionali disponibili ad esempio sul sito Nvidia 3D Vision Live che di alcuni titoli predisposti, presenti sul sito Tegra Zone.
A sorpresa il supporto ai controller è stato allargato ed ora è possibile utilizzare anche quelli di PlayStation 3, XBoX 360 e Wii. Novità infine anche per quanto riguarda le operazioni di encoding e decoding. Non ci sono molti dettagli tecnici in merito, poiché il Green Team si è limitato a dichiarare che sia il decoder che l'encoder sono stati migliorati e sono più performanti di quelli integrati in Tegra 2, ma sappiamo comunque che il decoder potrà accelerare video a 1080p H.264 fino a 40 Mbps con punte di 60 Mbps, mentre l'encoder potrà fare lo stesso con i profili video 1080p H.264 a 30 fps.
Come dicevamo nell'introduzione quindi la via scelta da Nvidia è quantomeno peculiare. Come visto anche in un nostro recente articolo che comparava le caratteristiche dei diversi SoC che debutteranno da qui ai prossimi mesi, l'architettura ARM Cortex A9, come singolo die, è in effetti la meno performante rispetto a soluzioni più nuove. Anche i cambiamenti introdotti dall'aggiunta del supporto alle istruzioni SIMD e l'aumento di frequenza rispetto a Tegra 2 porteranno indubbiamente dei benefici, ma probabilmente non sostanziali. È ovvio quindi che il vantaggio principale di Tegra 3 sui competitor sia al momento proprio quello di essere l'unica soluzione quad core.
Questo però accadrà solo quando si impiegheranno effettivamente applicazioni in grado di sfruttare i quattro core, mentre con gli altri applicativi è probabile che il risultato sia opposto e Tegra 3 risulti meno performante rispetto ai concorrenti. Inoltre, se è vero che le migliori prestazioni le otterrà quando tutti i quattro core sono sfruttati, Tegra 3 offrirà però il migliore risparmio energetico quando invece ne userà il meno possibile.
In questo scenario quindi diviene cruciale il supporto che offriranno le applicazioni e i profili d'uso dei device equipaggiati con Nvidia Tegra 3. È molto probabile comunque, trattandosi di dispositivi consumer, che un uso multimediale sia prevalente e in questo caso Tegra 3 dovrebbe offrire effettivi benefìci. Molti giochi infatti si avvantaggeranno sia dei quattro core che del numero raddoppiato di pixel shader, permettendo a Nvidia Tegra 3 di ottenere prestazioni globalmente superiori a quelle dei concorrenti in questo scenario d'uso.
Guardando infatti alcune demo di giochi rilasciati da Nvidia, come Shadowgun o Riptide, titoli già esistenti per Tegra 2, si può apprezzare il netto miglioramento grafico, grazie al supporto di diversi effetti complessi prima assenti, come ad esempio un maggiore realismo delle superfici d'acqua, trasparenze, riflessioni e altro. senza che questo infici le prestazioni generali e la fluidità di riproduzione del gioco stesso.
