a evolução dos smartphones

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A evolução dos smartphones Introdução Embora alguns ainda considerem os PCs e os Macs como as únicas arquiteturas de computadores pessoais, considerando todas as outras classes de dispositivos como meros acessórios, a opinião predominante é que tanto os tablets quanto os smartphones também podem ser considerados computadores por seu próprio mérito. Quanto adotamos essa nomenclatura, chegamos logo à conclusão de que, coletivamente, os smartphones e tablets já são a classe de computadores mais comuns hoje em dia, superando as vendas combinadas de PCs e notebooks. Mesmo em relação à configuração de hardware, as diferenças estão sendo reduzidas a cada geração, com os smartphones e tablets trazendo processadores dual-core ou quad-core com clocks acima de 1.0 GHz, 1 GB ou mais de memória RAM, unidades de armazenamento de estado sólido, telas de 800x480, 1280x720, ou mesmo 2048x1536 no caso do iPad 3. Um bom exemplo é o Samsung Galaxy S III, que oferece 1 GB de RAM, tela de 1280x720 e até 96 GB de armazenamento de estado sólido (até 64 GB integrados e mais 32 GB no cartão), especificações que lembram muito as de um notebook low-end. Ele é baseado no Exynos 4 Quad, um SoC que oferece 4 núcleos Cortex A9 operando a 1.4 GHz e uma GPU Mali400MP4, com um poder de processamento que é, novamente, competitivo em relação a muitos processadores móveis para PCs. Diferente de SoCs móveis antigos, que estavam sempre duas ou três gerações atrasados em relação à técnica de fabricação, o Exynos 4 é produzido em uma técnica de 32nm com HK+MG, bem similar à técnica usada pela Intel na produção do Sandy Bridge. As principais diferenças por enquanto é que os PCs continuam sendo baseados na plataforma x86, rodando Windows ou distribuições Linux desktop, enquanto os smartphones e tablets usam processadores ARM e rodam sistemas móveis como o iOS e o Android. Outro fator é que os PCs são usados predominantemente para a produção de

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A evolução dos smartphonesIntrodução

 

Embora alguns ainda considerem os PCs e os Macs como as únicas arquiteturas de computadores pessoais, considerando todas as outras classes de dispositivos como meros acessórios, a opinião predominante é que tanto os tablets quanto os smartphones também podem ser considerados computadores por seu próprio mérito. Quanto adotamos essa nomenclatura, chegamos logo à conclusão de que, coletivamente, os smartphones e tablets já são a classe de computadores mais comuns hoje em dia, superando as vendas combinadas de PCs e notebooks. Mesmo em relação à configuração de hardware, as diferenças estão sendo reduzidas a cada geração, com os smartphones e tablets trazendo processadores dual-core ou quad-core com clocks acima de 1.0 GHz, 1 GB ou mais de memória RAM, unidades de armazenamento de estado sólido, telas de 800x480, 1280x720, ou mesmo 2048x1536 no caso do iPad 3.

Um bom exemplo é o Samsung Galaxy S III, que oferece 1 GB de RAM, tela de 1280x720 e até 96 GB de armazenamento de estado sólido (até 64 GB integrados e mais 32 GB no cartão), especificações que lembram muito as de um notebook low-end. Ele é baseado no Exynos 4 Quad, um SoC que oferece 4 núcleos Cortex A9 operando a 1.4 GHz e uma GPU Mali400MP4, com um poder de processamento que é, novamente, competitivo em relação a muitos processadores móveis para PCs.

Diferente de SoCs móveis antigos, que estavam sempre duas ou três gerações atrasados em relação à técnica de fabricação, o Exynos 4 é produzido em uma técnica de 32nm com HK+MG, bem similar à técnica usada pela Intel na produção do Sandy Bridge.

As principais diferenças por enquanto é que os PCs continuam sendo baseados na plataforma x86, rodando Windows ou distribuições Linux desktop, enquanto os smartphones e tablets usam processadores ARM e rodam sistemas móveis como o iOS e o Android. Outro fator é que os PCs são usados predominantemente para a produção de conteúdo e atividades profissionais, enquanto os smartphones e tablets são usados predominantemente para comunicação e consumo de mídia.

Entretanto, mesmo essas diferenças fundamentais estão caindo por terra com a entrada do Atom Medfield e sucessores, que estão levando o x86 aos tablets e smartphones, a introdução do Windows 8 e dos aplicativos Metro, que permitem que as duas classes rodem os mesmos aplicativos e a introdução do Ubuntu for Android e dos tablets com teclado como o Asus Transformer, que novamente invadem o território dos PCs, possibilitando usar estes dispositivos

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também para a produção de conteúdo. A partir de 2013 teremos também a entrada de muitos notebooks com telas touch-screen e designs conversíveis (ou com teclados destacáveis) que também invadirão o território dos tablets. Em outras palavras, a linha divisória tende a se tornar cada vez mais tênue com o tempo.

Já que eles vieram para ficar, vamos aproveitar para falar um pouco sobre a evolução dos smartphones e tablets, bem como sobre os processadores ARM, que com sua arquitetura de baixo consumo permitiram que essa revolução acontecesse.

A história dos smartphones pode ser traçada até a década de 70, quando o surgimento dos primeiros microchips possibilitou o surgimento dos organizadores pessoais de bolso, como as agendas eletrônicas. No início eles eram dispositivos muito simples, que permitiam apenas armazenar números de telefone e fazer anotações curtas, mas com o tempo eles foram ganhando mais funções. Eventualmente surgiram os PDAs, como o Palm Pilot e o Psion, bem como os aparelhos com o Windows CE, que além de trazerem mais recursos e poder de processamento, rodavam sistemas operacionais completos e permitiam a instalação e o desenvolvimento de aplicativos, o que permitia classificá-los como computadores e bolso. Com a ajuda de um modem discado, era possível até mesmo conectá-los na Internet, baixar e-mails e navegar, embora na grande maioria dos casos eles fossem usados offline, para tarefas diversas, agenda e edição de documentos, geralmente sincronizados via cabo com aplicativos no PC.

Com a popularização da Internet e das diferentes modalidades de acesso móvel, os PDAs saíram de moda, pois os celulares passaram a oferecer muitas das funções de agenda e gerenciamento pessoal que eles ofereciam e as maioria das tarefas além disso demandavam acesso à web. Tínhamos uma situação em que os PDAs tinham os aplicativos e poder de processamento que os celulares precisavam e os celulares tinham a conectividade que faltava nos PDAs. Não demorou até que os fabricantes percebessem que o ideal seria juntar os dois no mesmo dispositivo, dando origem aos smartphones. 

A era Symbian

 

O primeiro sistema a fazer sucesso nesse novo mercado foi o Palm OS, mas ele foi rapidamente substituído pelo Symbian, descendente do velho EPOC que equipava os organizadores da Psion, que encontrou um terreno fértil dentro da Nokia, que era na época a força dominante nos celulares. O Symbian oferecia uma combinação de recursos que combinou muito bem com os aparelhos da época, rodando em configurações muito modestas de hardware (processadores ARM 9 de 220 MHz ou menos, com meros 32 ou 64 MB de RAM) e se adaptando bem a aparelhos com teclado numérico e telas pequenas, com resolução de apenas

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320x240. Um bom exemplo é o velho Nokia E61, que é baseado em um SoC ARM 9 de 220 MHz (com um segundo processador dedicado ao processamento de sinais para o transmissor 3G), com 64 MB de RAM. Ele é um aparelho surpreendentemente flexível para a época em que foi lançado (início de 2006), com boas opções de aplicativos de comunicação, edição de documentos, etc.

O Symbian possuía boas ferramentas de desenvolvimento e um bom conjunto de APIs, o que possibilitou o surgimento de um grande acervo de aplicativos. Entretanto, eles ainda continuam sendo oferecidos através de um modelo fragmentado, com cada desenvolvedor criando seu próprio site e sistema de distribuição e diferentes sites de download tentando atuar como fontes centralizadas.

A época de ouro do Symbian foi durante o reinado de aparelhos como o N95 e do E71, que levaram o sistema às massas. Embora ainda utilizassem processadores ARM 11 de baixo clock e telas QVGA, estes modelos ofereciam um bom conjunto de funções, a ponto de ainda continuarem a ser largamente utilizados mesmo depois a entrada de aparelhos mais modernos no mercado. Aparelhos da geração do E71 são muito bons como comunicadores, combinando um teclado QWERTY completo com um design compacto, enquanto aparelhos como o N95 são fortes em relação às fotos e vídeos. Os aparelhos dessa geração oferecem um desempenho bem melhor que os da classe do E61 devido à combinação de processadores mais rápidos (a maioria é baseada em chips ARM11 na casa dos 330 MHz) e melhorias no sistema operacional.

A Microsoft tentou concorrer com o Windows Mobile, sucessor do Windows CE usado nos organizadores pessoais, mas o sistema nunca foi muito popular, mal chegando a ocupar 15% do

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mercado. O sistema era pesado, carecia de bons aplicativos e a interface era pouco intuitiva, parecendo mais um cruzamento do Windows 3.11 com o Palm:

O sistema conseguiu um relativo sucesso no meio empresarial, devido à boa disponibilidade de aplicativos de uso profissional, mas nunca foi muito popular entre os usuários finais. Eventualmente o sistema acabou sendo eliminado em favor do Windows Phone 7 e sucessores. 

ARM 9 e ARM 11

 

Algo comum nos aparelhos dessa época é o uso de chips ARM9 e ARM11, designs bastante rudimentares em relação aos Cortex A8, A9 e A15 usados atualmente. Embora desatualizados, eles continuam a serem usados até os dias de hoje em modelos low-end, bem com em tablets de baixo custo e em eletrônicos diversos. Eles são processadores de 32 bits muito baratos e fáceis de programar, o que oferece uma flexibilidade muito grande.

Os chips ARM11 oferecem um desempenho por ciclo ligeiramente superior (1.2 DMIPS por MHz, contra 1.1 DMIPS por MHz dos ARM9), mas a grande diferença (do ponto de vista do desempenho) entre as duas famílias reside no número de estágios de pipeline, usados no processamento das instruções. Os chips ARM9 utilizam um pipeline de 5 estágios, enquanto os ARM11 utilizam um pipeline de 8 estágios.

Similar ao que temos nos processadores para micros PC, o uso de mais estágios de pipeline permite que cada estágio execute um volume menor de processamento por ciclo (ou seja, que cada um execute um percentual menor do trabalho), o que permite que o processador opere a uma frequência mais elevada. Uma analogia simples seria comparar com uma linha de produção, imaginando que cada estágio de pipeline corresponde a um operário. Se o trabalho é dividido entre um número maior de operários, cada um passa a executar um número menor de passos e a esteira pode correr mais rápido, resultando em uma produção maior.

Isso explica porque os chips baseados em chips ARM9 ficam restritos à casa dos 200 a 300 MHz (e são por isso usados em aparelhos mais antigos, como no caso do E61, bem como em aparelhos muito baratos, como no caso de muitos tablets made-in-china), enquanto os baseados em processadores ARM11 atingem frequências de 400 a 800 MHz.

Tanto os chips ARM9 quanto os ARM11 são processadores single-issue, que são capazes de processar uma única instrução por vez, de maneira similar aos antigos chips 486. Apesar disso, o conjunto de instruções otimizado e as muitas outras otimizações fazem com que o desempenho seja relativamente competitivo e existe a possibilidade de integrar processadores de sinais e decodificadores dedicados nos SoCs, permitindo que eles decodifiquem formatos diversos de mídia e executem outras tarefas que normalmente exigiriam chips muito mais poderosos.

Em geral, os SoCs ARM9 e ARM11 são produzidos usando técnicas ultrapassadas de fabricação, já que os fabricantes reservam as fábricas mais modernas para a produção de chips mais atuais, que

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oferecem margens de lucro melhores. Existem casos de SoCs ARM11 produzidos usando técnicas de 65 nm, mas na maioria dos casos eles são produzidos usando equipamentos bastante ultrapassados de 90 ou mesmo 130 nm. Ainda assim, o consumo elétrico é bastante baixo devido à arquitetura dos chips, mas o clock e o desempenho ficam muito longe do que seria obtido ao usar uma técnica de produção mais atual.

A era iPhone/Android

 

O domínio do Symbian começou a ruir com o lançamento do iPhone em 2007, que trouxe a combinação de um sistema operacional mais moderno com o uso de uma interface touch baseada no uso de gestos, em um aparelho com mais recursos de hardware e uma tela capacitiva que tornava o uso muito confortável. Embora a plataforma da Apple fosse muito limitada no início (carecendo de recursos básios como o MMS e sequer oferecendo suporte ao desenvolvimento nativo de aplicativos, limitando os desenvolvedores ao uso de applets web) o iPhone fez um grande sucesso, mudando os rumos da indústria em direção às interfaces touch e telas maiores.

O iPhone original oferecia uma configuração de hardware relativamente modesta, com um processador ARM11 de 412 MHz, 128 MB de RAM, câmera de 2 MP e uma tela HVGA, de 480x320. Muitas das limitações das primeiras versões do iOS surgiram exatamente da necessidade de limitar o uso dos recursos de hardware. O sistema rodava um aplicativo de cada vez, carregando e descarregando os aplicativos da memória conforme eles eram abertos (o que deu origem à falta do suporte a copiar e colar) e assim por diante. Entretanto, a boa fluidez com que o sistema rodava, combinada com a boa interface, o excelente teclado virtual e a intuitividade do sistema e dos aplicativos rapidamente ganharam o público, transformando a Apple em uma das maiores fabricantes de smartphones, mesmo comercializando um único aparelho.

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O lançamento do iPhone levou o Google a se interessar pelo mercado móvel, culminando com o lançamento do Android em 2008, que surgiu com a promessa de ser um sistema aberto, baseado em Linux, que poderia ser usado e personalizado por diversos fabricantes, com o potencial de criar um ecossistema como temos nos PCs, onde vários fabricantes fabricam dispositivos dentro de uma arquitetura comum, empurrando os preços para baixo e ajudando a popularizar a plataforma. O início do Android foi tímido, focado no HTC G1 e em outros modelos de pouca expressão. Eles eram ainda baseados em processadores ARM11, com pouca RAM e telas sem suporte a toques múltiplos, e os layouts antiquados, combinados com as deficiências e bugs do sistema operacional tornavam a experiência de uso bastante deficiente.

Apesar de tudo, o Android acabou emplacando, pois os fabricantes buscavam desesperadamente um sistema que pudesse fazer frente ao iOS e as outras alternativas (o Windows Mobile e o Symbian, que na época podia ser licenciado) eram muito mais limitadas. O sistema rapidamente foi ganhando o apoio dos desenvolvedores e ganhando em funções, chegando à maturidade no Froyo (2.2), que permaneceu por muito tempo como a versão mais utilizada do sistema.

É bem verdade que com o tempo o Google foi lentamente apertando as amarras sobre o Android, impondo restrições às formas como o sistema pode ser usado (em resumo, o Android em si é aberto, mas os fabricantes precisam seguir uma série de normas e pagar royalties para usar os aplicativos do Google, como o Gmail, Maps, etc. bem como para incluir acesso ao Google Play), realizando a maior parte do desenvolvimento a portas fechadas, demorando para liberar o código-fonte de novas versões, e até mesmo comprando a Motorola, obtendo assim uma influência mais direta sobre os produtos.

A Apple por outro lado tornou o iOS um pouco mais aberto com o tempo, passando a oferecer melhores facilidades os desenvolvedores e removendo muitas das limitações artificiais que existiam na plataforma. De certa forma, podemos dizer que o Android começou como um sistema aberto que com o tempo foi se tornando mais fechado, enquanto o iOS começou como um sistema completamente fechado, que com o tempo foi se tornando um pouco mais aberto.

A primeira geração de aparelhos com o Android, como o HTC G1, eram muito lentos e pouco atrativos e o sistema ainda estava longe de presentar os recursos e a variedade de aplicativos que ele apresenta hoje. O iPhone por sua vez também seguiu um lento caminho evolutivo, demorando a incorporar muitas funções. Isso deu um certo tempo para que a Nokia tentasse se adaptar às novas regras. Até um certo ponto a estratégia da empresa pareceu acertada: desenvolver uma versão touch do Symbian (o 5ed.) ao mesmo tempo em que continuava a desenvolver o Symbian clássico (o 3ed.) para uso em dispositivos business e nas linhas de baixo custo e que investia no desenvolvimento do Meego, um sistema de nova geração baseado em Linux.

Os esforços em torno do Symbian deram frutos, dando uma grande sobrevida à plataforma, que continuou sendo a mais usada até a metade de 2010 e a Nokia chegou a lançar um aparelho com

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o Meego, o N9, que foi bem recebido pelo mercado, além de ter criado uma loja centralizada de aplicativos, a Ovi Store (posteriormente renomeada para Nokia Store), que teve uma boa adesão por parte dos desenvolvedores da plataforma.

O N9 Foi possivelmente o melhor aparelho já fabricado pela Nokia, combinando um bom design de hardware (com um corpo bastante sólido, obtido a partir de um bloco único de policarbonato), boas especificações (um processador ARM Cortex A8 de 1.0 GHz e GPU PowerVR SGX530, tela AMOLED capacitiva de 854x480 e 3.9", 1 GB de RAM), uma excelente câmera de 8 MP e um sistema que prometia se tornar um forte concorrente ao Android e iOS. Ele sucedeu o N900, outro bom aparelho, que se tornou o favorito entre os geeks e hackers, devido à grande flexibilidade e à facilidade em rodar distribuições Linux completas.

Entretanto, a decisão abrupta de abandonar ambas as plataformas e adotar o Windows Phone como plataforma central, um ano e meio antes de ser efetivamente capaz de colocar produtos baseados nele no mercado fizeram com que a Nokia caísse em uma espiral descendente.

Entre os fabricantes que adotaram o Android, a HTC dominou o mercado em um primeiro momento, seguida pela Motorola, que teve sua época de glória com o Milestone original e em seguida deu lugar à Samsung, que passou a dominar o mercado com os aparelhos da linha Galaxy S.

De fato, a Samsung acabou por herdar a posição da Nokia como a maior fabricante de celulares, ganhando em vendas tanto nos smartphones, com a linha Galaxy, quanto nos modelos mais básicos, graças aos modelos entry-level com o Bada. Além de manter os esforços em torno do Android e de seu próprio sistema, a Samsung também passou a lançar alguns modelos com o Windows Phone e abraçou também o Tizen, o sistema open-source herdeiro do Meego, que pode vir a se tornar uma quarta força no mercado de smartphones, ao lado do Android, iOS e Windows Phone. A Samsung anda trabalhando ativamente com os desenvolvedores, distribuindo aparelhos de referência e oferecendo incentivos aos interessados em escrever aplicativos para a plataforma. Este da foto é o modelo de referência para desenvolvedores, equipado com uma tela de 4.3" e um SoC ARM dual-core de 1.2 GHz:

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A rápida evolução dos aparelhos do ponto de vista do hardware é um capítulo à parte, em um ritmo de evolução que superou e muito a evolução dos PCs no mesmo período, diminuindo a diferença entre as duas plataformas do ponto de vista do poder computacional. Ela é o tema da segunda parte deste tutorial. 

A evolução dos smartphones - parte 2Criado 15/mai/2012 às 01h02 por Carlos E. Morimoto

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PRÓXIMO: O DEGRAU SEGUINTE

Introdução

A primeira parte da evolução dos smartphones foi centrada no desenvolvimento dos softwares, com o Symbian e o Windows Mobile dando lugar ao Android, iOS e Windows Phone. A segunda parte foi a rápida evolução do ponto de vista do hardware que tivemos a partir de 2012, representando um ritmo de evolução que superou e muito a evolução dos PCs no mesmo período, diminuindo a diferença entre as duas plataformas do ponto de vista do poder computacional. Em apenas 3 anos, fomos de aparelhos com o E71, que usava um processador ARM11 de 369 MHz e tela QVGA a aparelhos como o Galaxy S III, que usa um SoC com 4 processadores ARM Cortex A9 operando a 1.4 GHz e uma tela HD 720, de 1280x720. Vamos a um relato dessa evolução.

O HTC G1, que pode ser considerado o modelo mais icônico de 2008, era baseado em um SoC Qualcomm MSM7201A, equipado com um processador ARM11 de 528 MHz. Ele usava 128 MB de RAM, mas a maior parte da memória ficava ocupada pelo próprio sistema operacional. O SoC incluía uma GPU Adreno 130, que oferecia aceleração de vídeo para o sistema, bem como recursos 3D básicos para jogos e, assim como o iPhone, ele usava uma tela HVGA (480x320). Assim como em outros aparelhos da primeira safra, ele ainda usava botões via hardware e um trackball para a navegação dentro da interface, que acabou sendo abandonado nas gerações subsequentes, já que a maioria dos usuários preferiam usar o touchscreen.Um exemplo de aparelho de segunda geração é o Motorola Milestone, lançado em 2009. Ele se tornou rapidamente um dos modelos mais icônicos baseados no Android, combinando uma bela tela capacitiva com Gorilla Glass de 854x480, um processador rápido (para a época), câmera de 5 MP e teclado físico, tudo isso em um aparelho com apenas 13 milímetros de espessura.

Introdução

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Para obter o feito, eles foram obrigados a reduzir o tamanho da placa lógica (para que ela compartilhasse o espaço com a bateria, reduzir a espessura do teclado e do mecanismo de abertura, reduzir a espessura da tela (daí o uso do Gorilla Glass, que é mais fino e resistente) e assim por diante. Para a época, ele foi um verdadeiro milagre da engenharia, como ilustra essa foto do iFixit:

Essa mesma tendência de miniaturização da placa lógica continua sendo seguida em níveis cada vez mais extremos nos modelos atuais, onde temos quase sempre uma placa lógica cuidadosamente desenhada, que ocupa os espaços vagos em torno da bateria, permitindo que ela fique diretamente sob a tela. Isso permite que os fabricantes cheguem a aparelhos com 10 mm ou menos, diferente dos 13 ou 14 mm que teríamos em um aparelho onde a placa lógica ficasse entre a tela e a bateria, como é o caso de muitos dos modelos de baixo custo da Nokia, entre outros. Veja o que temos no caso do Galaxy S II, por exemplo:

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De volta ao Milestone, embora a configuração do hardware parecesse satisfatória em um primeiro momento, ela logo começou a parecer deficiente, já que outros aparelhos passaram a vir com SoCs Cortex A8 de 1.0 GHz (contra os 550 MHz do Milestone) e com mais memória RAM (o Milestone vem com apenas 256 MB, que resultam em apenas 68 MB livres para executar aplicativos, o que é uma pesada limitação nas versões atuais do Android).

O degrau seguinte

O sucessor direto foi o Motorola Milestone 2, que oferece especificações muito similares à primeira versão versão, mantendo a mesma câmera de 5 MP e a mesma tela. As melhorias (além de detalhes secundários, como o novo layout do teclado) se limitam ao uso de uma versão de 45 nm do processador (operando a 1.0 GHz em vez de 550 MHz), o uso de 512 MB de RAM e a inclusão de 8 GB de memória interna, complementados pelo cartão.

Com tão poucas mudanças no hardware, as principais melhorias introduzidas pelo Milestone 2 residiram não no aparelho propriamente dito, mas no upgrade do Android Éclair (2.1) para o Froyo (2.2), que introduziu muitas melhorias. Este é um dos motivos da Motorola ter atrasado a atualização do Froyo para o Milestone original, temendo que a atualização prejudicasse as vendas do Milestone 2. Infelizmente, esta é uma prática que se tornou norma entre os fabricantes, que passaram a atrasar os mesmo descontinuar as atualizações do sistema para os modelos antigos, com o objetivo de impulsionarem as vendas dos novos modelos.

Isso levou ao surgimento de inúmeros projetos de ROMs alternativas, como o CyanogenMod (http://www.cyanogenmod.com/) que oferece a possibilidade de rodar versões atualizadas do Android mesmo em aparelhos antigos, cujo suporte já foi abandonado pelos fabricantes. Outro ponto positivo é o nível mínimo de personalizações impostas pelos desenvolvedores, que se dedicam a oferecer uma versão "pura" do sistema, sem as extensivas mudanças implementadas pelos fabricantes. Para instalar ROMs alternativas, é preciso primeiro obter acesso de root, o que torna necessário usar exploits diversos, que variam de aparelho para aparelho, bipassando tanto as travas do sistema, quanto de eventuais ROMs de boot encriptadas implantadas pelos fabricantes. É por isso que o processo nem sempre é tão simples quanto poderia. Um dos melhores locais para se informar sobre as ferramentas de root disponíveis para o seu aparelho é o fórum do XDA-Developers: http://www.xda-developers.com/.

No caso do Milestone, por exemplo, é possível overclocar o processador para até 1.2 GHz, chegando perto do desempenho do Milestone 2 sem gastar nada (embora com uma grande redução na autonomia da bateria), bem como rodar o Gingerbread (2.3). Naturalmente, não é possível fazer nada em relação aos 256 MB de memória, ao teclado ou aos demais fatores estéticos, mas estas duas mudanças acompanhadas de outros tweaks são mais do que suficientes

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para dar um novo folego ao Milestone, fazendo com que o aparelho obtenha uma sobrevida inesperada.

Continuando com a linha do tempo, temos o Galaxy S I9000, que acabou se tornando o aparelho mais icônico da safra de 2010, a ponto de o Google aproveitar o projeto no Nexus S, que com exceção de algumas pequenas alterações (como a inclusão da tela curvada e a remoção do suporte a cartões microSD) compartilha do mesmo projeto do I9000.

Ele é baseado no Samsung Hummingbird, um SoC de 45 nm, baseado em uma versão modificada do Cortex A8, que é capaz de executar muitas das operações binárias mais usadas com o uso de menos instruções, resultando em ganhos de 5 a 10% em relação ao A8 original, superando o desempenho da maioria dos outros SoCs single-core da mesma geração por uma pequena margem, clock por clock na maioria das tarefas.

Ele também inclui uma GPU bastante poderosa para a época, a PowerVR 540, que além de um forte desempenho 3D, suporta decodificação via hardware para a maioria dos formatos de vídeo, suportando até mesmo vídeos 1080p (que pode ser aproveitada ao usar a porta HDMI em dispositivos que a oferecem). Hoje em dia, decodificação 1080p via hardware é um recurso comum, disponível até mesmo em muitos tablets baratos made-in-china, mas na época foi uma grande evolução, já que mesmo os PCs low-end tinham dificuldade em exibir os arquivos.

Uma peculiaridade do I9000 é que ele oferece uma saída de vídeo analógica 720p através do conector de áudio, utilizável através de um cabo RCA Composite com um conector de 3.5mm de um lado e as saídas RCA do outro. A versão vendida no Brasil, o I9000b oferece um receptor de TV digital (1-Sec) compatível com o padrão nacional, com uma pequena antena disponível ao lado do conector do fone de 3.5mm, dois recursos que também não estão disponíveis no Nexus S.

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O Galaxy S foi também um dos primeiros aparelhos a trazerem o uso de uma tela AMOLED, substituindo o bom e velho LCD IPS que era norma até então. Em uma tela AMOLED, cada componente de um pixel é na verdade um minúsculo LED obtido através da deposição de um composto orgânico capaz de emitir luz. Por emitirem luz, em vez de bloquearem seletivamente a luz do backlight como fazem os LCDs, as telas AMOLED oferecem uma reprodução de cores muito mais fiél e níveis muito mais altos de contraste, com o preto realmente sendo perfeitamente preto.

A questão das telas AMOLED

As telas AMOLED são também mais econômicas do ponto de vista do consumo elétrico (uma tela AMOLED pode gastar mais energia ao exibir uma imagens predominantemente brancas, já que nesta situação todos os sub-pixels ficam acesos, mas em situações normais de uso elas se saem melhor, principalmente nos temas atualmente usados no Android, que são predominantemente escuros), não possuem limitações em relação aos ângulos de visão e, principalmente, são mais finas e leves que as telas LCD, o que permite reduzir a espessura dos aparelhos em cerca de 1 mm e reduzir o peso em de 10 a 20 gramas. Isso é intensificado no Super AMOLED, onde a camada sensível ao toque é produzida diretamente sobre a tela, em vez de ser um componente separado como tradicionalmente.

Um bom exemplo da questão do peso é o Nexus S, que foi lançado em duas versões, com tela AMOLED e Super LCD. Embora as duas versões compartilhassem a mesma carcaça e por isso tivessem a mesma espessura, a versão Super LCD pesava 140 gramas, enquanto a versão AMOLED pesava apenas 129 gramas.

Embora do ponto de vista técnico as telas AMOLED tenham muitas vantagens, a implementação adotada pela maioria dos fabricantes adota layouts pentile RGBG, em vez do tradicional RGB-RGB do LCD. Com isso, cada pixel possui apenas dois sub-pixels em vez de três sub-pixels como de praxe:

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Nesse layout, temos intercalados pixels verde/vermelho com verde/azul, em vez de pixels "completos", com verde, vermelho e azul. O software controla cuidadosamente a luminosidade individual dos sub-pixels, de forma a obter as cores desejadas, resultando em um resultado satisfatório a média distância. Entretanto, sempre que você olha perto o suficiente para ver os pixels individuais da tela, você percebe que as cores dos pixels ficam embaralhadas e as margens das fontes pouco nítidas, já que, ao exibir um fundo branco, cada par de pixels se funde na prática em um pixel branco e um verde:

LCD IPS (RGB-RGB)

AMOLED pentile (RGBG)

Se você tiver a oportunidade de comparar lado a lado dois dispositivos, com telas LCD e AMOLED pentile de mesmo tamanho e resolução, vai notar que a tela LCD apresenta uma nitidez bem superior quando olhada de perto, o que não é de se admirar, já que ela realmente possui um número 50% superior de sub-pixels. A grosso modo, podemos dizer que uma tela AMOLED pentile se comporta na prática como uma tela LCD que tivesse apenas metade da resolução vertical. Em outras palavras, os ganhos em termos de reprodução de cores e contraste vêm ao custo de uma redução na nitidez.

Tipicamente, os fabricantes adotam o layout pentile devido à dificuldade em produzir telas OLED de PPI muito alto usando a tecnologia atual. Reduzindo o número de sub-pixels, o problema é amenizado, já que precisam incluir apenas 2/3 dos sub-pixels que seriam necessários em um

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layout RGB. Isso explica também o porquê de alguns aparelhos, com telas maiores, como o Galaxy S II (que adota uma tela AMOLED de 4.3" e 800x480) usarem telas RGB em vez do pentile, já que o DPI mais baixo permite incluir os sub-pixels necessários.

Duas outras razões por trás da preferência é que as telas pentile oferecem um consumo elétrico mais baixo (já que temos menos pontos luminosos na tela) e que o uso do pentile ajuda a aumentar a longevidade relativa da tela, já que as telas AMOLED possuem uma vida útil relativamente curta e os sub-pixels azuis são os primeiros a se degradarem. O uso do layout pentile torna os artefatos visuais introduzidos pela degradação dos sub-pixels azuis menos pronunciável, permitindo que a tela possa ser usada confortavelmente por mais tempo.

Tipicamente, displays AMOLED oferecem uma vida útil de cerca de 14.000 horas, um valor que vem aumentando ao longo do tempo. A longevidade é ainda um problema para o uso em TVs e monitores, que tendem a ficar ligados continuamente, mas não é considerado uma questão muito importante nos smartphones, que geralmente ficam com a tela ligada apenas alguns minutos por vez. Geralmente, outros defeitos (como problemas no touch-screen, nos circuitos de alimentação, na placa lógica ou danos físicos) acabam fazendo com que os aparelhos sejam aposentados antes que a tela tenha tido a oportunidade de esgotar sua vida útil.  

A safra de 2011

Continuando a saga, temos o Galaxy S II (I9100), sucessor direto do I9000, que se tornou o aparelho mais popular dentro da safra de 2011. Ele é baseado no Exynos 4210, um SoC que combina dois processadores Cortex-A9 operando a 1.2 GHz com uma GPU Mali400MP, que atualmente já pode ser encontrada em diversos aparelhos, mas que na época do lançamento era a mais rápida entre os smartphones, perdendo apenas para a GPU do iPad 2, que por trabalhar em uma faixa de consumo muito mais alta, estava em outra categoria de desempenho. Ele foi também um dos aparelhos a usar 1 GB de RAM, que acabaram se tornando norma daí em diante.

Como o Android mantém todos os aplicativos recentemente abertos na memória RAM, o uso de mais memória acaba resultando em uma pequena redução no consumo elétrico, já que o sistema não precisa mais fechar e abrir aplicativos como faria normalmente, passando a simplesmente mantê-los em estado de hibernação, onde continuam carregados na memória, mas não consomem processamento. Para quem gosta de fuçar, mais memória é também uma boa notícia, já que abre as portas para rodar distribuições Linux completas nos aparelhos onde é possível destravar o bootloader, sem falar no uso de iniciativas como o Ubuntu for Android.

Além de marcar a transição para os SoCs dual-core, o Galaxy SII trouxe outra tendência que inspirou outros aparelhos, que é a combinação de telas muito grandes, acima de 4 polegadas, com um layout fino, que permite que o aparelho continue fácil de carregar, apesar das dimensões avantajadas. Graças à combinação da tela AMOLED com um corpo plástico, o I9100 possui apenas 8.5 mm de espessura e pesa apenas 130 gramas:

Aparelhos com telas tão grandes acabam sendo um pouco desconfortáveis para chamadas telefônicas, mas a tela torna o uso para navegação, redes sociais, leitura, mídia e jogos bem mais

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confortável, mostrando outra tendência, que é o fato de cada vez mais usuários priorizarem estas atividades em detrimento das velhas chamadas telefônicas, que estão perdendo espaço para o uso das redes sociais e mensagens de texto.

Apesar de adotar uma tela AMOLED, o Galaxy S II não sofre do problema da perde de nitidez, já que o aumento no tamanho da tela permitiu que a Samsung adotasse um layout RGB-RGB em vez do pentile (tecnologia batizada de Super AMOLED Plus pela Samsung), chegando a uma tela AMOLED que oferece apenas vantagens em relação ao LCD. Olhando a tela em um microscópio você pode notar a familiar disposição de sub-pixels vermelhos, azuis e verdes:

A maior densidade dos sub-pixels também faz com que a tela do S II seja mais luminosa que uma tela AMOLED pentile típica, o que permite usar a tela bem mais confortavelmente sob o sol. Por outro lado, a tela também consome mais energia limitando um pouco a autonomia.

Embora tenha abandonado o uso da saída de vídeo analógica através do conector de som, o I9100 oferece uma saída MHL, que combina o conector micro-USB com uma saída de vídeo digital com suporte a 1080p. O MHL é um padrão criado por um consórcio de fabricantes, que passou a ser usado em grande parte dos aparelhos lançados a partir de então.

Além da aplicação óbvia de usar o telefone para exibir vídeos HDs na TV, a saída digital abre também as portas para usar o telefone como um substituto de emergência para um desktop, combinando a TV com um teclado e mouse bluetooth. O Android 4 oferece suporte nativo ao uso do mouse e as teclas de atalho do Android (home, menu, etc.) são mapeadas para teclas do teclado físico, permitindo que você efetivamente use todas as funções da interface sem precisar tocar na tela.

O MHL utiliza a mesma sinalização do HDMI, o que torna os dois padrões diretamente compatíveis, ao mesmo tempo em que permite que o aparelho seja carregado enquanto transmite o sinal de vídeo. TVs com suporte ao MHL podem ser conectadas ao telefone diretamente, usando um cabo adaptador simples, porém ao usar uma TV sem suporte ao padrão você precisa de um cabo especial, que combina a saída HDMI com um conector micro-USB fêmea, que permite conectar um carregador externo. Inicialmente eles eram relativamente caros, mas atualmente existem várias opções de cabos alternativos com preços baixos:

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O sistema completo inclui também o uso de um controle-remoto HDMI-CEC para controlar a interface do telefone enquanto ele reproduz, sem que você precise ficar com ele na mão ou levantar do sofá para pausar o filme, por exemplo. Entretanto, ainda não existe interoperabilidade entre os fabricantes, de forma que por enquanto o controle HDMI-CEC de uma TV da Samsung vai funcionar apenas com um telefone da Samsung, um da Sony funcionara apenas com um telefone da Sony e assim por diante.

Telas grandes e chips quad-core

Continuando, o Galaxy Nexus marcou a terceira geração dentro da linha de aparelhos do Google. Assim como nos modelos anteriores, ele é conservador em relação ao hardware, com um SoC dual-core de 1.2 GHz e 1 GB de RAM. Apesar disso, ele introduziu uma série de mudanças que ditaram novos rumos para a plataforma.

A principal delas é a adoção de uma tela AMOLED de 4.65" com resolução de 1280x720 (720p, com proporção 16:9), que ocupa toda a parte frontal do aparelho, eliminando o espaço dos botões capacitivos, que passaram a ser exibidos em uma barra na base da tela. Este layout permite tornar os aparelhos um pouco mais compactos, mas em troca sacrifica parte do espaço útil da tela, além de aumentar a possibilidade de os botões pararem de funcionar devido a panes e bugs do sistema, forçando um reset. Embora seja a visão do Google para o futuro do sistema, o uso dos botões virtuais por parte dos fabricantes é opcional:

Embora inclua uma câmera de apenas 5 MP, o Galaxy Nexus é capaz de gravar vídeos a 1080p. Na verdade, o suporte à gravação de vídeos full-HD depende mais do poder de processamento do SoC usado do que da câmera, já que os 1920x1080 equivalem a apenas 2 MP, que são supridos com facilidade por qualquer câmera atual. A parte complicada fica por conta do SoC, que precisa processar e codificar os dados brutos capturados com a câmera, gerando um arquivo comprimido

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a uma razão de 24 a 30 quadros por segundo. Apenas recentemente os SoCs passaram a incluir o poder de fogo necessário, mas esta acabou sendo mais uma mudança abrupta, que passou a ser oferecida por quase todos os aparelhos high-end lançados a partir daí.

O Galaxy Nexus introduziu também suporte ao NFC, uma solução para transmissão de dados a curtas distâncias que permite que o telefone seja usado para realizar pequenos pagamentos em equipamentos compatíveis. O Google têm interesse em entrar no mercado de pagamentos, por isso está investindo pesado no NFC, mas a adoção ou não do padrão depende de uma série de ouros fatores, incluindo o interesse do público e das instituições financeiras.

Concluindo, temos o Galaxy S III, o primeiro smartphone a vir com um SoC quad-core, que tende a se tornar norma nos aparelhos high-end lançados a partir dele. Ele também incorpora várias das tendências dos aparelhos com o Android em geral, como a transição da tela de 800x600 para a de 1280x720, telas com bezel mais fino para aumentar o tamanho da tela sem aumentar muito as dimensões do aparelho. Apesar de rodar o Android 4.0, assim como o Galaxy Nexus, ele mantém o uso do botão home via hardware e dos botões menu e voltar capacitivos, assim como nas gerações anteriores:

O Galaxy S III é baseado no Exynos 4412 Quad, que além dos 4 núcleos ARM Cortex A9, inclui uma versão mais rápida da GPU Mali400 MP4, do Galaxy II, com um clock mais alto e um barramento mais largo com a memória. Assim como os processadores, as GPUs móveis têm passado por uma evolução notável nos últimos anos, não apenas oferecendo um melhor desempenho 3D, mas também acumulando mais funções de decodificação de vídeo e outros formatos de mídia.

Infelizmente, o aumento na resolução fez com que a Samsung voltasse a adotar um layout pentile na tela AMOLED do Galaxy S III (SAMOLED HD, sem o "plus"), trazendo de volta o mesmo problema de legibilidade que tínhamos no Galaxy S original. Para alguns, a tela pode soar como um downgrade em relação ao modelo anterior, apesar do aumento na resolução.

Em relação ao software, o Galaxy S III mantém o uso da interface TouchWiz, que inclui uma série de mudanças incluídas pela Samsung como uma forma de diferenciar seus produtos. No Galaxy S original, o TouchWiz deliberadamente imitava o look-and-feel do iPhone (o que levou a uma batalha jurídica com a Apple) enquanto nas versões subsequentes ela ganhou uma aparência mais própria. Apesar de algumas mudanças serem justificáveis, o TouchWiz é uma camada adicional rodando sobre o Android, que consome memória e recursos do sistema. Quem prefere a interface padrão do Android acaba migrando para o CyanogenMod ou outras imagens alternativas. Além da Samsung, praticamente todos os outros fabricantes aplicam personalizações sobre o Android, criando uma fragmentação artificial da plataforma, embora esta prática venha decaindo nos últimos tempos. 

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A evolução dos smartphones - parte 3Criado 22/mai/2012 às 00h45 por Carlos E. Morimoto

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PRÓXIMO: USANDO O CORTEX A8 NA PRÁTICA

Introdução

Depois de falar sobre os aparelhos e sobre a evolução dos sistemas operacionais, falta falar mais sobre a evolução da arquitetura dos chips ARM, bem como dos SoCs, que são o coração que qualquer smartphone ou tablet que você possa encontrar no mercado. O nível de integração obtido nos SoCs atuais é um verdadeiro milagre da engenharia por seu próprio mérito e é a chave para a eficiência energética dos aparelhos atuais. Ela é também o principal motivo de a Intel ter demorado tanto tempo para conseguir entrar no mercado móvel, já que embora tivesse o Atom já há vários anos, só recentemente foram capazes de integrar os demais componentes, criando um SoC competitivo, como o Medfield. Vamos a eles:

Se o ARM11 é similar ao 486 em arquitetura, oferecendo uma única unidade de execução, com o processamento de instruções em ordem, o Cortex A8 lembra um pouco a arquitetura do Pentium, sendo um processador dual-issue (duas unidades de execução), que processa instruções em ordem (assim como o Intel Atom) e inclui um cache L1 de 64 KB, dividido em dois blocos de 32 KB (dados e instruções). Ele inclui também um grande (do ponto de vista de um chip para sistemas embarcados) cache L2 de 256 KB, que pode ser expandido para até 1 MB de acordo com o nível de desempenho desejado pelo fabricante.

Introdução

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Na verdade (assim como outros chips ARM), o Cortex A8 é apenas um projeto de chip, que é licenciado pela ARM pra diferentes fabricantes, que se encarregam da produção e têm liberdade para realizar mudanças no projeto, incluindo desde pequenas modificações, como uma quantidade maior de cache L2, por exemplo, até modificações mais profundas na forma como o processador executa instruções, o que acaba levando a diferenças de desempenho nos diferentes SoCs equipados com o mesmo chip. Alguns fabricantes, como a nVidia e a Texas Instruments costumam preservar o projeto básico do chip, tentando diferenciar seus SoCs com base no chipset de vídeo e outros componentes integrados, enquanto outros, como a Samsung e a Qualcomm são mais ávidos por implantar modificações nos chips que possam oferecer algum benefício competitivo. Em geral essas modificações resultam em ganhos pequenos de desempenho, na casa dos 3 a 10%, com o desempenho bruto continuando a depender mais da frequência de clock e dos caches.

O Cortex A8 incorporou também um pipeline de 13 estágios (contra os 8 estágios do ARM11), o que possibilita o uso de frequências de operação muito mais altas. Os primeiros SoCs baseados nele foram produzidos usando uma técnica de 65 nm (como os usados no iPhone 3GS e no Nokia N900, bem como o do Milestone original) e operavam na casa dos 600 MHz, mas estes chips suportam bons overclocks, podendo em muitos casos operar estavelmente a 1.0 GHz ou mais, como no caso do TI OMAP 3430, usado no Milestone. Entretanto, a frequências tão altas o consumo do chip cresce bastante, comprometendo a autonomia da bateria. Assim como temos no caso dos chips ULV para notebooks, a frequência de operação dos SoCs ARM é geralmente limitada pelo envelope de consumo desejado pela fabricante, e não pelo que o chips realmente podem oferecer.

A grande vantagem do Cortex A8 sobre o ARM11 é o desempenho. Além de oferecer um desempenho bruto por clock duas vezes superior (até 2 DMIPS por MHz, contra apenas 1 a 1.1 DMIPS por MHz no ARM 11), ele é capaz de operar a frequências mais altas, o que faz com que o desempenho da maioria dos SOCs seja pelo menos duas vezes superior ao dos chips da geração anterior. O Cortex A8 inclui também um coprocessador aritmético, o VFPv3 (embora o uso por parte dos fabricantes não seja obrigatório) e suporte ao NEON, um conjunto de instruções SIMD nos mesmos moldes do 3D-Now e do SSE.

A grosso modo, poderíamos comparar o ARM11 com o 486 (que processava uma instrução por ciclo e estacionou na casa dos 100 MHz) e o Cortex A8 com o Pentium (que processava duas instruções por ciclo e chegou aos 200 MHz). É possível também traçar um paralelo com o Atom,

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que (sendo baseado na arquitetura do Pentium 1) também processa duas instruções por ciclo e também usa um pipeline relativamente curto (para um processador x86), com 16 estágios. 

Usando o Cortex A8 na prática

 

Um exemplo de SOC baseado no Cortex A8 é o TI OMAP 3430, usado no Nokia N900, no Motorola Milestone e no Palm Pre. Ele é um chip produzido usando uma técnica de 65 nm, que inclui também uma GPU PowerVR SGX 530, um acelerador de vídeo IVA 2+ e um chip ISP (para processamento de imagens), juntamente com todas as interfaces de praxe:

O PowerVR SGX 530 é um chipset 3D relativamente poderoso para a época, que inclui uma unidade programável para o processamento de shaders, batizada de USSE. Operando a 200 MHz, ele oferece um fill-rate de 250 megapixels, o que equivale à quase metade do poder de processamento de uma GeForce 6200, por exemplo, porém com um consumo elétrico ridiculamente baixo.

Ele é descendente do Kyro II, que concorreu com as GeForce 2 MX no início do milênio e, assim como ele, faz uso do tile-based rendering, para minimizar o uso de processamento e texturas, renderizando apenas os polígonos visíveis dentro de cada frame. Embora a arquitetura não tenha feito muito sucesso nos PCs (onde perdeu para a força bruta das GPUs da nVidia e da ATI), o Power SGX acabou encontrando um bom nicho nos dispositivos móveis, onde o bom nível de eficiência oferece a possibilidade de desenvolver títulos 3D com gráficos complexos sem comprometer a autonomia das baterias. Um bom exemplo são os jogos 3D do iPhone 3GS, que também é baseado nele.

O Cortex A8 é eficiente também na decodificação de vídeos. Ele é capaz de decodificar vídeos VGA codificados em H.264 operando a apenas 350 MHz. No caso do TI OMAP 3430 ele faz par com um chip acelerador IVA 2+, que é capaz de decodificar vídeos H.264 ou MPEG4 a 720x480 e 25 a 30 FPS (qualidade de DVD), o que não apenas tornou possível assistir vídeos não-HD sem precisar primeiro convertê-los usando o PC, mas fazê-lo sem comprometer a autonomia das baterias.

Como comentei, a primeira geração de SoCs baseados no Cortex A8 (como o TI OMAP 3440) foram fabricados usando técnicas de 65 nm, o que já os tornava mais eficientes que os antigos ARM11 (90 nm), demandando menos energia para executarem o mesmo volume de operações.

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Entretanto, os fabricantes logo migraram para o uso de técnicas de 45 nm, dando origem à segunda geração de chips, que inclui o TI OMAP 3640 (usado no Milestone 2) e o Samsung Hummingbird, usado no Galaxy S. Embora a primeira geração tenha estacionado nos 600 MHz, a segunda geração foi bem mais longe, começando nos 800 MHz e logo chegando aos 1.0, 1.2 e 1.4 GHz (como no caso do Hummingbird usado no Galaxy S L9001 plus).

O sistema de gerenciamento de energia do A8 é também mais eficiente, fazendo com que o consumo elétrico quando o processador ocioso seja de apenas alguns miliwatts, praticamente insignificante. O grande problema é que com um sistema mais rápido você tende a fazer mais coisas (navegar em mais páginas, deixar mais aplicativos carregados em segundo plano, etc.) o que faz com que no final o consumo elétrico total acabe sendo maior. Isso explica o fato de muitos dos smartphones baseados no A8, bem como em chips mais atuais, oferecerem uma autonomia longe do ideal, obrigando o dono a recarregar todas as noites.

Assim como nos PCs, o clock dos processadores móveis é limitado pelo consumo elétrico máximo sob o qual eles devem trabalhar. Do ponto de vista da arquitetura, não seria muito difícil produzir processadores ARM capazes de operar a 2 ou mesmo 3 GHz, o problema é que, operando a essas frequências, o consumo ficaria acima da casa dos 5 watts, e eles precisariam de dissipadores para funcionarem.

Devido a isso, a frequência máxima dos processadores móveis tem ficado na faixa dos 1.0 a 1.5 GHz, e isso não deve mudar muito a curto prazo. A cada nova geração, os fabricantes arriscam um processador com clock um pouco mais alto, mas os avanços são lentos e cautelosos.

A solução encontrada para produzir processadores mais rápidos, sem aumentar exageradamente o consumo, foi a mesma adotada nos processadores para desktop, ou seja, passar a desenvolver processadores com vários núcleos, em vez de aumentar diretamente a frequência.

Ao contrário do que pode parecer à primeira vista, um processador com um único núcleo, operando a 2.0 GHz, consome muito mais do que um processador com dois núcleos similares operando a 1.0 GHz, pois o clock maior aumenta o gate leakege (a energia perdida na forma de calor cada vez que um transistor muda de estado) e torna necessário aumentar a tensão do processador. Com um sistema de gerenciamento de energia bem desenvolvido, os núcleos adicionais consomem energia apenas quando estão sendo realmente usados, já que o sistema pode desligá-los quando não estão em uso.

Cortex A9: a era multi-core

 

Em seguida temos o Cortex A9, que é uma versão multicore do A8, capaz de oferecer um desempenho bruto superior ao de muitos processadores para PC. Além do suporte a multiprocessamento, permitindo o desenvolvimento de SoCs com 2, 4 ou mais núcleos (como no caso do Tegra 3, que utiliza 5 núcleos, sendo o último reservado para os estados de baixo consumo), o Cortex A9 é o primeiro chip ARM a utilizar um design de processamento fora de ordem, mantendo as duas unidades de execução do A8, mas agora incluindo um ordenador de instruções, circuitos de execução especulativa e outros componentes tipicamente encontrados nos processadores x86 modernos. Ele mantém os 64 KB de cache L1 do Cortex A8 (32 KB para dados e 32 KB para instruções), e oferece a possibilidade de uso de 256 KB a 8 MB (a maioria dos fabricantes optam por 512 KB a 1 MB) de cache L2, compartilhado entre todos os núcleos

A adoção do processamento fora de ordem melhorou consideravelmente o desempenho do Cortex A9, permitindo que o chip ofereça até 2.5 DMIPS por MHz, cerca de 25% mais desempenho bruto que um Cortex A8 do mesmo clock. O grande problema é que um volume tão grande de circuitos adicionais, aumentou consideravelmente o desempenho do chip, o que levou a ARM a reduzir o número de estágios de pipeline em relação ao Cortex A8, indo de 13 para apenas 8 estágios.

Com menos estágios de pipeline, chegaram a um chip bastante eficiente, que oferece um consumo similar, ou até mesmo um pouco inferior a um Cortex A8 do mesmo clock. Naturalmente, combinando 2 ou 4 processadores Cortex A9 no mesmo chip chegamos a um SoC que pode ser mais gastador, mas em uma comparação direta o Cortex A9 oferece apenas vantagens sobre o antecessor.

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Normalmente, reduzir tão dramaticamente o número de estágios de pipeline reduziria bastante as frequências de operação suportadas, gerando um chip mais econômico, porém incapaz de operar a frequências tão altas quanto o antecessor. A questão central é que o clock do A8 era muito mais limitado pelo consumo do chip do que pelo número de estágios de pipeline, de forma que ao combinar o número reduzido de estágios com novas técnicas de produção, a ARM chegou a um chip capaz de, na prática, operar a frequências equivalentes, ou em muitos casos até superiores à geração anterior.

Enquanto a maioria dos SoCs single-core baseados no A8 estacionaram na casa dos 600 MHz nos 65 nm e 1.2 GHz nos 45 nm, os SoCs dual-core baseados no A9 chegaram ao mercado operando a 1.0 GHz e logo avançaram para 1.2 e 1.4 GHz, atingindo frequências equivalentes à da geração anterior. Como um SoC Cortex A9 dual-core oferece um desempenho bruto cerca de 2.5x superior a um Cortex A8 single-core, tivemos um ganho notável de poder de processamento, mesmo sendo mantida a mesma técnica de fabricação.

Um bom exemplo de SoC dual-core baseado no A9 é o nVidia Tegra 2, um SoC produzido em uma técnica de 40 nm, que combina dois Cortex A9 com uma GPU e outros componentes desenvolvidos pela própria nVidia:

Você pode notar que os dois A9's ocupam um espaço pequeno dentro do SoC, com a maior parte do espaço sendo reservado aos caches, à GPU e o decodificador de vídeo, combinado com outros componentes, em especial o Image Signal Processor (ISP), responsável por processar as imagens e vídeos capturados pela câmera. Pode parecer desproporcional que um componente relativamente simples, como o ISP consuma quase tanto espaço no SoC quando os dois processadores, mas a verdade é que o trabalho executado por esses componentes especializados é indispensável, primeiro pelo fato de eles executarem tarefas que nem mesmo 4 núcleos Cortex A9 seriam capazes de realizar (devido a executarem o trabalho diretamente via hardware, de forma muito mais eficiente do que qualquer processador de propósito geral poderia realizar) e segundo pelo fato de eles fazerem isso consumindo muito menos energia. Estes tantos componentes

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especializados são os grandes responsáveis por termos smartphones capazes de gravar vídeos 1080p e exibi-los através da porta HDMI, bem como rodar jogos 3D com gráficos avançados, mas em compensação pagamos por eles na forma de espaço ocupado dentro do SoC.

Assim como outros SoCs atuais, o Tegra 2 é construído em duas etapas. Na primeira etapa são produzidos apenas os dois núcleos Cortex A9 usando uma técnica de produção de uso geral (G), que permite construir transistores de chaveamento rápido mas que em troca resulta em componentes que consomem muita energia. Todo o restante do SoC, incluindo a GPU e os componentes dedicados são produzidos usando uma técnica de baixo consumo (LP), que resulta em transistores bem mais econômicos, mas que possuem um chaveamento muito mais lento. Como resultado, temos os dos processadores operando a 1.0 GHz e todo o restante do chip, incluindo a GPU, operando a apenas 300 MHz, o que permite manter o consumo total do SoC sob controle, apesar de todas as funções oferecidas.

Continuando, logo surgiram também SoCs quad-core, como o Exynos quad e o Tegra 3, que dobraram o poder bruto de processamento, em troca de uma pequena redução na frequência de clock. Assim como nos chips para desktops, a migração dos 2 para 4 núcleos nem sempre é sentida muito diretamente, dependendo da otimização dos softwares e de otimizações por parte do sistema operacional. De uma forma geral, sente-se um ganho de responsividade mais direto nos aparelhos com o Android, já que ao contrário do iOS o sistema não prioriza muito diretamente o processamento da interface, fazendo com que o sistema pareça lento e irresponsível quando outras tarefas estão sendo executadas em segundo plano. Com 4 núcleos, isso acontece bem mais raramente.

Exemplos de SoCs quad-core baseados no Cortex A9 são o Tegra 3 (produzido numa técnica de 40 nm) e o Exynos 4412 Quad, produzido usando uma técnica de 32 nm.

O Tegra 3 utiliza um layout peculiar, incluindo um quinto núcleo, produzido usando transistores de chaveamento lento, que opera a um clock mais baixo que os demais (consumindo muito menos energia) e é usado como um chip de stand-by, ficando ativo apenas em situações de baixa demanda, onde os outros 4 núcleos ficam desativados:

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Os 5 núcleos são os blocos mais claros, destacados no centro da imagem. Veja que mesmo combinados os núcleos não representam uma parcela muito grande do SoC, com a maior parte do espaço continuando a ser ocupado pelos demais componentes. Na verdade, incluir 4 ou 8 ou 16 núcleos no mesmo SoC não é um desafio técnico muito grande. A grande dificuldade é como fazer isso mantendo todos os outros componentes e sem acabar com um SoC gastador demais para qualquer uso prático em mãos.

Colocar um processador com 4 núcleos em um smartphone ou outros aparelhos, cujo consumo elétrico é severamente limitado pela bateria, pode parecer uma ideia bastante questionável à primeira vista, mas, na prática, não é tão ruim assim. A principal questão é que, assim como outros processadores ARM, o A9 inclui um sistema de gerenciamento de energia bastante eficiente, que permite que o processador seja capaz de ativar e desativar as unidades de execução de acordo com a demanda. A frequência de operação de cada um dos núcleos pode também ser ajustada conforme o volume de carga, de forma que, na prática, o consumo elétrico do SoC pode ser ajustado de maneira bastante eficiente, de acordo com o uso. Em um projeto bem desenvolvido, o SoC ficaria com apenas um dos núcleos ativado na maior parte do tempo, com os outros sendo ativados apenas quando vários aplicativos fossem usados simultaneamente, ou em tarefas específicas, como em jogos capazes de tirar proveito dos vários núcleos.

A principal vantagem de um aparelho com vários núcleos, é a possibilidade de realizar mais do que uma tarefa sem que ele engasgue. Você poderia chavear para o navegador para verificar alguma coisa rápida, sem que o som do vídeo que estava assistindo (e que continua sendo processado em segundo plano) comece a engasgar enquanto o navegador monta as páginas, por exemplo.

Teoricamente, algumas tarefas podem ser executadas usando menos energia em um processador com vários núcleos, já que um processador com 4 núcleos operando a 1.0 GHz pode utilizar uma tensão mais baixa e, assim, consumir menos energia que um processador com apenas um núcleo operando a 2.0 GHz, por exemplo. Naturalmente, o inverso também pode ocorrer, já que bugs e softwares em loop podem fazer com que os 4 cores passem a operar na frequência máxima, acabando rapidamente com a carga da bateria. Todos estes fatores acentuam a necessidade de fazer um projeto bem feito. 

Cortex A15: o futuro?

 

 Concluindo, temos o Cortex A15, que representa a geração seguinte. Para quem costumava relacionar os chips ARM à arquitetura simples dos ARM9 e ARM11, o Cortex A15 pode ser um choque, já que ele é um chip consideravelmente mais complexo que os anteriores, se parecendo muito mais com chips x86 contemporâneos, como o Barcelona e o Sandy Bridge do que com o design simples do ARM11.

O Cortex A15 implementa uma arquitetura superescalar, com 3 unidades de execução, com as unidades de execução de inteiros sendo compostas por 15 estágios de pipeline e as unidades de processamento de ponto flutuante recebendo pipelines ainda mais longos. Acompanhando o enlargamento do chip, as unidades de branch-prediction e execução especulativa foram ampliadas e se tornaram consideravelmente mais complexas.

O chip passou a usar o sistema LPAE para o endereçamento da memória, adotando um sistema de endereçamento de 40 bits, que adiciona suporte a até 1 TB de memória RAM (contra os 4 GB dos chips anteriores), e ganhou suporte ao Thumb-2, um novo conjunto de instruções que permite reduzir o tamanho dos binários, resultando em um pequeno ganho adicional de desempenho.

O pipeline mais longo foi adotado com o objetivo de aumentar as frequências de operação suportadas pelo chip, permitindo que os SoCs operem na casa dos 2.0 a 2.5 GHz. O Cortex A15 também incrementa o suporte a multiprocessamento, permitindo o desenvolvimento de SoCs com até 8 núcleos, divididos em dois clusters com 4 núcleos cada, conectados através de links CoreLink 400. Cada cluster pode ter até 4 MB de cache L2, compartilhados entre todos os núcleos:

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Graças às melhorias, o Cortex A15 oferece um aumento de cerca de 40% no desempenho por núcleo em comparação com um Cortex A9 da mesma frequência. Entretanto, o chip oferece o suporte a frequências mais altas, o que aumenta a distância. Um SoC quad-core baseado no Cortex A15 e operando a 2.0 GHz, ofereceria um desempenho 230% superior a um SoC Cortex A9 quad-core operando a 1.2 GHz, por exemplo.

Naturalmente, o uso de um pipeline mais longo e mais unidade de execução aumentam consideravelmente o consumo do chip, o que tem tornado fabricantes serem bem mais comedidos em relação ao uso de SoCs A15 em smartphones, limitando o uso em um primeiro momento ao uso de SoCs dual-core equipados com chips auxiliares, bem como o uso nos tablets, que são capazes de acomodar SoCs com demandas energéticas maiores.

Um bom exemplo é o OMAP 5, que combina dois chips A15 com dois núcleos ARM Cortex M4 (que implementam um design muito simples, com um conjunto de instruções reduzido) usados para tarefas auxiliares, como o processamento das imagens capturadas pela câmera e processamento de áudio e video. Ele é um SoC produzido usando uma técnica half-node de 28 nm (uma geração à frente dos SoCs Cortex A9, produzidos usando os 40 nm), com 2 MB de cache L2 e uma GPU SGX544 MP2:

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O principal alvo do Cortex A15 são os tablets e outros dispositivos maiores, onde o desempenho do chip não seja tão restrito pelo envelope térmico e a ARM possa tentar uma batalha mais direta com os chips da Intel, possivelmente atacando até mesmo no ramo dos notebooks. Este tipo de batalha seria impensável a poucos anos atrás, onde o lock-in em relação aos aplicativos do Windows era mais forte, mas hoje em dia o crescimento do Android, iOS e Linux, bem com o lançamento do Windows RT (que também roda sobre processadores ARM) torna uma concorrência mais direta bem mais crível.

Além das mudanças na arquitetura, o A15 oferece um sistema de virtualização via hardware. Embora também adicione algumas possibilidades interessantes em smartphones (permitindo o uso simultâneo de dois ou mais sistemas, por exemplo) este é um recurso mais voltado para os servidores, outro ramo onde os chips ARM têm conseguido conquistar espaço.  

Cortex A5

 

No outro extremo temos o Cortex A5, o caçula da família. Como a numeração sugere, ele é um processador de baixo custo e baixo consumo, destinado a substituir os chips ARM9 e ARM11 nos dispositivos mais simples. Ele é destinado ao uso nos smartphones mais baratos, bem como players de mídia e outros dispositivos mais simples.

Do ponto de vista da arquitetura, ele é basicamente uma versão reduzida do Cortex A8, que mantém o mesmo conjunto de instruções, mas adota uma arquitetura mais simples, baseada em uma única unidade de processamento (single-issue), com um pipeline muito mais curto, de apenas 8 estágios. Essa mudança faz com que ele não seja capaz de atingir frequências de clock tão altas, mas em compensação seja muito menor e ofereça um consumo elétrico por ciclo muito mais baixo.

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O Cortex A5 mantém o cache L1 de 64 KB (dois blocos de 32 KB para dados e instruções), mas abandona o uso do cache L2, já que o ganho de desempenho não compensaria o aumento no tamanho do chip. Por ser um processador single-issue e com um pipeline curto, o Cortex A5 não é tão dependente do cache quanto os dois irmãos mais velhos e a ideia central da arquitetura é justamente manter a simplicidade. Vale lembrar que os processadores ARM9 e ARM11 também não utilizam cache L2 e isso não comprometia o desempenho.

Além de ser produzido em versões single-core, o A5 suporta também o uso de 2, 3 ou 4 núcleos (a escolha fica por conta do fabricante), o que o torna uma forte opção de processador multicore para smartphones, já que é menor e mais econômico que o Cortex A9.

Produzido usando uma técnica de 40 nm, cada Cortex A5 ocupa uma área de apenas 0.9 mm² (incluindo os 64 KB de cache L1), o que é menos de 4% do tamanho do Atom de 45 nm (que já é pequeno, com seus 25 mm²). Mesmo uma versão quad-core do A5 ocuparia apenas 6 mm² (incluindo os circuitos de apoio adicionais), o que seria ainda apenas um quarto da área do Atom. Uma área menor significa processadores mais baratos e mais espaço para incluir aceleradores e outros componentes diversos, resultando em SOCs mais completos e acessíveis.

A questão dos SoCs

 

 O chip ARM usado e o número de núcleos disponíveis estão longe de ser tudo o que define o desempenho de um SoC. Assim como dois PCs baseados no mesmo processador podem oferecer um desempenho completamente diferente devido à diferenças nos outros componentes, SoCs de diferentes fabricantes ou de diferentes famílias podem oferecer um desempenho muito distinto, mesmo quando baseados no mesmo processador ou GPU e operando na mesma frequência.

A primeira questão é a memória RAM. Smartphones e tablets tipicamente usam chip LPDRR (low power DDR) que operam de forma muito similar aos módulos para desktop, com a diferença que

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operam com tensões mais baixas e por isso oferecem um consumo elétrico mais baixo. As memórias LPDDR passaram pela mesma evolução das memórias para PC, com os padrões LPDDR1, LPDDR2 e mais recentemente o LPDDR3 sucessivamente dobrando as taxas de transferência em relação à geração anterior.

O TI OMAP 3640 (usado no Milestone 2), por exemplo, é apenas uma atualização direta do antigo OMAP 3430 (usado no Milestone 1), produzido usando uma técnica de produção de 45 nm, contra os 65 nm do antecessor. Apesar de ele não trazer mudanças na arquitetura mantendo o mesmo Cortex A8 e a mesma GPU PowerVR SGX 530, ele oferece um desempenho, clock por clock, pelo menos 20% superior ao do chip anterior, com benchmarks que privilegiam o desempenho 3D reportando um desempenho até 80% superior. Em outras palavras, mesmo mantendo a mesma arquitetura, um OMAP 3640 de 1.0 GHz oferece um desempenho de 120 a 350% superior ao do OMAP 3430 de 550 MHz, mesmo que a diferença de clock entre os dois seja de apenas 82%.

Essa enorme disparidade é explicada pelo fato de o OMAP 3430 ainda utilizar memórias LPDDR1, o que torna o chip terrivelmente limitado pelo desempenho no acesso à memória, enquanto o OMAP 3640 usa memórias LPDDR2, que desafogaram o processador, melhorando o desempenho. Além de desafogar o processador, a migração para o LPDDR2 dobrou a banda do chipset de vídeo, permitindo que a frequência dele fosse aumentada de 110 para 200 MHz, o que explica os ganhos dramáticos em relação ao desempenho 3D. É por isso que mesmo que se faça overclock do Milestone 1 de 550 MHz para 1 GHz, o desempenho continuará bem diferente do desempenho do Milestone 2, baseado no novo chip.

Além do tipo da memória usada temos a questão da frequência e do número de canais usados. O Samsung Hummingbird (usado no Galaxy S I9000), por exemplo, utiliza chips de memória LPDDR2 de 200 MHz, acessados através de um barramento de 32 bits, dual-channel. O Exynos 4 quad do Galaxy S III, por sua vez suporta o uso de módulos LPDDR3 de 800 MHz ou módulos LPDDR2 de 533 MHz acessados através do mesmo barramento de 32 bits dual-channel, o que significa uma banda uma mais larga.

O Exynos 4 também adota um encapsulamento PoP (package on package), onde o SoC é encapsulado com dois chips de memória RAM soldados diretamente sobre ele, como você pode ver na foto a seguir. Essa proximidade entre o SoC e os chips de memória reduz a latência, o que também ajuda no desempenho:

As GPUs móveis

 

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Depois da memória, temos a questão da GPU, que não apenas determina os formatos e resoluções de vídeo que poderão ser decodificados via hardware, mas também o desempenho em jogos e diversos tipos de aplicativos.

AS GPUs móveis se dividem basicamente em quatro famílias. A primeira delas é composta pelas GPUs da linha Adreno, que foram inicialmente desenvolvidas pela Imageon, que depois de uma rápida passagem pela AMD foi comprada pela Quallcomm, que continuou a desenvolver as GPUs e as utilizar em seus produtos. A segunda é a PowerVR, desenvolvida pela Imagination Technologies e licenciada para diferentes fabricantes, como a Texas Instruments, Samsung, Apple, Intel (que usa as GPUs em alguns modelos do Atom), entre vários outros fabricantes. A terceira é a linha Mali, desenvolvida pela ARM e também licenciada para diversos fabricantes, usada especialmente pela Samsung. A quarta são as GPUs da nVidia, encontradas nos SoCs da linha Tegra.

Assim como as GPUs para desktop, todas as GPUs móveis recentes oferecem suporte ao OpenGL 2.0 (que é tradicionalmente a a API mais usada no ambiente móvel, preferida tanto no Android quanto no iOS), com muitas já oferecendo suporte também ao DirectX 10.1, que vem ganhando espaço no mercado móvel devido ao Windows Phone.

Por ser usada apenas nos chips da Quallcomm, a família Adreno foi bastante popular entre os aparelhos Android de primeira e segunda geração, devido à grande popularidade dos SoCs da família Snapdragon, mas com a entrada dos SoCs da Samsung, Texas Instruments, nVidia e outros, eles acabaram perdendo espaço, embora ainda sejam usados em muitos aparelhos.

O Adreno 200 é a mais antiga entre as GPUs encontradas nos aparelhos atuais, ela foi usada por exemplo no Nexus One. Ele suporta frequências de operação modestas, de até 128 MHz, frequência na qual ele é capaz de desenhar 22 milhões de triângulos por segundo, com um throroughput de 133 megapixels, um desempenho bastante baixo dentro dos padrões atuais.

Em seguida temos o Adreno 205, que implanta suporte à aceleração via hardware para o Adobe Flash e melhor suporte a shaders, com suporte frequências de até 200 MHz e um desempenho bruto de 40 milhões de triângulos e 432 megapixels por segundo. O Adreno 220representa um grande salto em relação aos dois chipsets anteriores, com uma grande melhora tanto no processamento matemático, quanto nas unidades de renderização. Ele oferece um desempenho 3D competitivo em relação ao PowerVR SGX 540 usado no Samsung Hummingbird. Ele é usado no SoC Quallcomm MSM8x60, usado por exemplo no HTC Evo 3D. Em seguida temos o Adreno 225, que é capaz de operar a frequências mais altas (até 400 MHz, contra os 266 MHz do Adreno 200), além de oferecer suporte a memória em dual-channel, oferecendo mais um ganho de desempenho considerável em relação ao 220.

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A família Adreno oferece uma curva de evolução bastante acentuada. Apesar da pequena diferença na numeração, o Adreno 205 oferece o dobro do desempenho do Adreno 200, enquanto o Adreno 220 novamente dobra o desempenho do anterior. O Adreno 225 por sua vez é uma evolução um pouco menos dramática, que mantém a mesma arquitetura, mas opera a um clock mais alto, oferecendo um ganho de mais 50% em relação ao Adreno 220, cerca de 6 vezes mais rápido que o Adreno 200 original.

A linha PowerVR é descendente das placas Kyro e Kyro II para desktops, que na virada do milênio, desafiaram momentaneamente o reinado da ATI e da nVidia, oferecendo um sistema de renderização de superfície (tile based) que renderiza apenas as camadas visíveis da imagem, sem desperdiçar ciclos de clock renderizando objetos e superfícies que não são visíveis para a câmera. Esta é uma técnica que permite melhorar bastante a eficiência do chip, resultando em mais frames por cada unidade de processamento disponível, mas que em troca resultou em muitos problemas de compatibilidade nos desktops. No ramo móvel por sua vez, a empresa encontrou um terro muito mais fértil, pois a arquitetura se tornou uma vantagem técnica importante, ajudando a reduzir o consumo e melhorar a eficiência dos chips.

A linha atual é composta por chips das séries 5 e 5XT, que estão duas gerações à frente das antigas placas para desktop e foram cuidadosamente miniaturizados para ocuparem pouco espaço nos SoCs.

A base da pirâmide é a SGX520, que oferece um desempenho modesto, com apenas um pipeline USSE e um desempenho bruto de 125 megapixels a 100 MHz. A SGX535 (usada no iPhone 3GS e em diversos outros aparelhos) dobra o desempenho por clock, trazendo dois pipelines e oferecendo um fill-rate de 250 megapixels a 100 MHz, ou 500 megapixels a 200 MHz, ao mesmo tempo em que quadruplica o poder de cálculo do chip, desenhando até 28 milhões de triângulos por segundo (a 200 MHz). O modelo seguinte é o SGX540, que utiliza 4 pipelines, novamente dobrando o poder bruto de renderização, com 1 gigapixel e 7.2 gigaflops a 200 MHz. A frequência usada na prática entretanto pode variar de acordo com o aparelho, de acordo com o projeto e a autonomia de bateria desejada pelo fabricante.O topo de linha enquanto escrevo é o SGX543, que mantém o mesmo projeto básico doSGX540, com 4 pipelines e 1 gigapixel e 7.2 gigaflops a 200 MHz. A grande mudança é a inclusão de suporte à combinação de várias GPUs no mesmo SoC, multiplicando o desempenho. O iPhone 4S, bem como o iPad 2 utilizam o SGX543MP2, com dois núcleos, enquanto o iPad 3 usa o SGX543MP4, de 4 núcleos. Graças à combinação da GPU poderosa com o alto clock de operação, estes modelos da Apple têm dominado os benchmarks 3G entre os dispositivos móveis a algum tempo.Entre as GPUs da ARM, a mais proeminente é a Mali-400 MP, usada especialmente pela Samsung nos SoCs da família Exynos (Galaxy S II, etc.). Assim como o SGX543, a Mali-400 MP é uma GPU modular, que permite que o fabricante escolha quantos núcleos deseja combinar para atingir o desempenho desejado. O mais comum é que sejam combinados 4 núcleos (Mali-400 MP4), chegando a uma GPU capaz de oferecer 7.2 gigaflops a 200 MHz, com um desempenho consideravelmente superior ao de uma SGX540. A Samsung usou o Mali-400 MP4 no Galaxy S II, superando todos os smartphones da época em desempenho, até que a Apple respondeu incluindo o SGX543MP2 no iPhone 4S que (embora operando a um clock mais baixo) superou o Galaxy S II em 3D por uma boa margem, apenas para voltar a ser superada pelo Galaxy S III, que trouxe uma implementação bem mais rápida do Mali-400 MP, operando a um clock muito mais alto (devido à nova técnica de fabricação) com um barramento mais largo com a memória. Isso mostra como a mesma GPU pode apresentar grandes diferenças de desempenho em diferentes implementações, de acordo com o clock, barramento com a memória e técnica de produção emprega. Este gráfico no Anandtech ilustra bem este ponto, mostrando a diferença de desempenho 3D do Galaxy S II e do S III:

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Finalmente temos a nVidia, que equipa os SoCs da linha Tegra com diferentes gerações da GeForce ULV. Elas possuem muitas semelhanças com as GPUs usadas em desktops, mas utilizam um volume muito menor de unidades de execução e implementam mudanças na arquitetura (como a redução no número de estágios de pipeline) com o objetivo de reduzir o consumo. O Tegra 2 inclui uma GPU com 8 unidades de processamento de shaders (4 para pixel shaders e 4 para vertex shaders), que, operando a 333 MHz oferece um desempenho em 3D similar ao da PowerVR SGX540 usada no Samsung Hummingbird. O Tegra 3, por sua vez, usa 8 unidades de processamento de pixel shaders e 4 de vertex shaders (12 no total), privilegiando o desempenho em jogos, bem como oferece suporte a frequências de operação mais altas. Devido a essas melhorias, o Tegra 3 fica no meio do caminho entre o desempenho da SGX540 e da SGX543MP2 do iPad 2, o que é um desempenho forte, mas não algo conclusivo como muitos esperavam da nVidia. Este outro benchmark do Anandtech ilustra bem esse ponto:

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A verdade é que em se tratando de GPUs móveis o desempenho é limitado mais pelo consumo elétrico do que pela arquitetura, por isso fabricantes que começaram com projetos de extremo baixo consumo e a partir deles começaram a desenvolver projetos de GPUs mais poderosas, como a Imagination acabam tendo mais facilidade que fabricantes que começaram com GPUs maiores e passaram a tender desenvolver projetos de baixo consumo a partir delas, como a nVidia.

Uma última observação é que o desempenho da GPU é diretamente influenciado pela resolução da tela (já que uma resolução mais altas significa mais pixels a renderizar por frame), de forma que um aparelho com uma tela HD 720 (1280x720) vai precisar de uma GPU bem mais poderosa apenas para oferecer o mesmo despenhoso que outro equipado com uma tela WVGA (800x480).