Nvidia Tegra – technische Zusammenfassung

Nvidia landete mit dem Tegra Prozessor einen ganz großen Wurf im Mobilsektor. Ein leistungsfähiger ARM Prozessor gepaart mit einem Nvidia GeForce Grafikprozessor sorgt für eine hohe Leistungsfähigkeit, die dank des ULP (Ultra Low Power) Designs der Akkulaufzeit keinen Abbruch tut.

Doch was genau umfasst einen Tegra beziehungsweise Tegra2 Prozessor genau? Dieser Beitrag soll Aufschluss für alle diejenigen leisten, die möglicherweise schon bald ein Tablet oder Smartphone mit diesem Chip ihr Eigen nennen. Auch wenn es zur Zeit nur wenige Geräte auf Nvidia Tegra Basis gibt, so hat das Design schon wesentlich mehr Stufen durchlaufen als man meinen sollte. Aber beginnen wir ganz am Anfang der Entwicklung, die uns wahrscheinlich noch die nächsten Jahre begleiten wird.

Tegra 2×00 Serie

So basierte der „Urtegra“ namens Tegra APX 2500 auf einem ARM11 Porzessor, welcher mit bis zu 600MHz zu Werke ging und sich schon einer GeForce ULV Grafikeinheit erfreuen konnte. Diese unterstützt die Videocodes H.264 und VC-1, was 720p Aufnahmen und deren Wiedergabe ermöglicht. Ebenfalls eine Besonderheit: Die vollständige Unterstützung für die Open Gl Es 2.0 Schnittstelle, welche die Konkurrenz aus dem Hause Qualcomm zu diesem Zeitpunkt noch nicht bietet, was gerade für Spieler und Spieleentwickler ein ausschlaggebendes Argument ist. Je nach Budget der Lösung kann man zwischen drei Arbeitsspeichersorten wählen: NAND Flash für geringe Ansprüche, DDR mobile für hohe Leistung oder NOR RAM als Übergang zwischen den beiden. Natürlich enthält der Tegra APX 2500 auch eine Kameraschnittstelle welche Aufnahmen von bis zu 12 Megapixeln verkraftet, ein entsprechendes Kameramodul vorausgesetzt. Die angeschlossenen Displays können mit 854 x 480 Pixeln für die Direktansteuerung (wie in Handys und Smartphones üblich) oder bis zu 1280 x 1024 Pixel via LCD ausfallen, was „damals“ dem Stand der Technik entsprach – wir reden hier vom Jahr 2009.

Als Revision 2 kann der Tegra APX 2600 bezeichnet werden, der lediglich ein verbessertes Speichermanagment besitzt, um NAND Speicher, wie er in Ultramobilen Lösungen eigentlich immer zum Einsatz kommt, besser über die interne IDE Schnittstelle anzusprechen. Weitere Verbesserungen gibt es nicht.

Tegra 6×0 Serie

Größere Änderungen halten erst mit der Tegra 6×0 Serie Einzug, welche mit einem vollständig überarbeitetem Kern daherkommt. Zwar bleiben die ARM 11 CPU sowie die GPU (Grafik Processing Unit) erhalten, jedoch streicht man bei letzterer viele alte analoge Schnittstellen wie S-Video oder VGA aus dem Programm, um die Leistungsaufnahme weiter zu verbessern. Gleichzeitig taktet die CPU ab sofort mit 700MHz rund 16% schneller als in der älteren Version und bietet die Möglichkeit, um weitere CPU Kerne zum Dual-, Triple- oder Quadcore aufgerüstet zu werden.

Mit erweiterter GPS Unterstützung zielt man mit dieser Version auf die Automobile und GPS Navigationsbranche ab, die ebenfalls hohe grafische Leistung benötigt, um sich gegen die erstarkende Smartphonefront zu wappnen. Mit dem vollständigen Umschwung auf Low Power DDR 333 (166 MHz) RAM wird die Leistungsaufnahme an einem weiteren Punkt reduziert, was besonders tragbaren Geräten sehr entgegen kommt.

Wieder ein evolutiver Schritt ist die daraus resultierende Tegra 650 Serie, welche sich wieder mit einem schnelleren Chiptakt von 800 MHz absetzen will. Gedacht ist diese hauptsächlich für hohe Anforderungen wie etwa dem Einsatz im Spielehandheld oder im  Netbook/Notebook Bereich. Weitere Verbesserungen betreffen diesmal erneut die GeForce Einheit,  welche sich nun auf 1080p Inhalte versteht und somit Filme in der höchsten Qualitätseinstellung von 1080p bei 24 Bildern pro Sekunde voll beschleunigen kann und via HDMI 1.3 auch Inhalte ans Heimkino übertragen kann.

Weitere nennenswerte Fortschritte sind die direkte Implementation von WLAN, Maus & Tastatur sowie anderen Peripheriegeräten direkt in Hardware, sodass weitere Brückchips gespart werden können. Weniger Chips brauchen weniger Platz und Energie, was sich sowohl auf die Laufzeit als auch den Preis positiv auswirkt und neue Konzepte von ultra dünnen Geräten erst richtig möglich macht. Die letzte bedeutsame Neuerung ist ein sogenanntes BSP (Board Support Package) welches aus einem Bootloader sowie den passenden Programmen besteht, Programme mit Hilfe eines Bootloaders auf dem Gerät zu starten. Dies ist für Android oder Windows Mobile eine wichtige Grundvoraussetzung, während andere, Herstellereigne Betriebssysteme auf Grund ihres Aufbau ohne eine solche Vorstufe auskommen.

Tegra 2 (T20/AP20H)

Der nächste Schritt in der Chronologie ist der Tegra 2, der erste seit wenigen Wochen erhältlich ist. Die neue Generation bringt viele Änderungen mit sich, welche einmal mehr die Leistung erhöhen und die Leistungsaufnahme reduzieren sollen.

So wurde der ARM11 Kern gegen einen leistungsfähigeren ARM9 Kern getauscht, welcher gleich im Doppelpack zum Einsatz kommt. Der Dualcore taktet mit 1GHz und soll damit deutlich mehr Leistung an den Tag legen als die bisherigen Varianten. Die größte Überarbeitung erfuhr jedoch die Grafikeinheit, welche eine doppelt so hohe Leistung liefern soll wie seine Vorgänger. Gleichzeitig will man die SGX Grafikkerne, die in iPhone, iPads und Co zum Einsatz kommen um bis zu 30% hinter sich lassen, während der AMD Adreno 205 Grafikchip aus den Snapdragonchipsätzen mit eine Vorsprung von 75% nahezu pulverisiert wird. Weitere Verbesserungen betreffen die Hardware von Videocodes, bei denen nun auch 1080p Inhalte im MPEG-4 Format beschleunigt werden.

Tegra 2 3D (T25/AP25)

Doch auch diese Version des Tegra währt nicht lange, und wirde schon bald vom Tegra 2 3D abgelöst. Neben der Erhöhung der Prozessorgeschwindigkeit sind keine genaueren Informationen zur der 3D Technik dokumentiert, vermutlich bedient man sich einer ähnlichen Technologie wie Nvidia 3D Vision aus dem Desktopbereich, bei der der 3D Effekt mit Hilfe einer doppelten Bildwiederholfrequenz erzeugt wird.

Soviel zum derzeitigen Stand der Technik, doch wir wollen auch einen kleinen Ausblick in die Zukunft geben: Mit dem Tegra 3 wird Nvidia auf Basis des ARM9 Kerns eine noch schnellere Version vorstellen. Diese soll mit 1,5GHz alles bisherige in den Schatten stellen, und auch die Leistungsfähigkeit der GeForce-Einheit soll um den Faktor 3 steigen. Um mit soviel Performance nicht die Leistungsaufnahme zu sprengen, wird der Tegra 3 im 28nm Prozess von TSMC gefertigt werden. Wann es soweit ist, und welche Details sich bis dahin noch ändern werden, ist unklar.

Quelle: Nvidia, Wikipedia