Der unerwartete Verkaufsschlager Netbooks brachte Microsoft in arge Bedrängnis und Linux in die Schlagzeilen. Mit einem reanimierten Windows XP und viel Marketing riss Redmond den neuen Markt dann doch noch an sich. Jetzt steht mit ARM-basierten Netbooks eine neue Runde des Duells an – und diesmal eine, die Microsoft nicht gewinnen kann.

Die kommenden Netbooks mit ARM-Chips, international generisch als “Smartbooks” bezeichnet (siehe Kasten “Juristisches”), sind in aller Munde – insbesondere die Linux-Welt erhofft sich viel davon: Da es sich hier nicht um eine x86-Architektur handelt, kann Microsoft diesmal weder seinen riesigen Softwarepool noch die Treiberunterstützung für nahezu alle Geräte als Totschlagsargument für Windows und gegen Linux gebrauchen. Für ARM bietet Microsoft lediglich Windows CE an, das mit Windows für x86 allerdings wenig mehr als den Namen gemein hat. Die Treiberdecke dafür fällt dünn aus, das Softwareportfolio erscheint im Vergleich zu x86-Windows (oder auch Linux und Mac OS X) winzig. Beim Einstecken von Druckern, DVB-T-Sticks, Webcams oder sonstigen USB-Geräten in Windows-CE-basierende Computer sind lange Gesichter also ebenso vorprogrammiert wie bei der Suche nach dem “unverzichtbaren” Windows-Programm.

Linux hingegen hat einen äußerst beachtlichen Treiber- und Software-Pool vorzuweisen, zum Großteil quelloffen und portabel, sodass Linux auf ARM fast genausogut läuft wie auf x86 – schon heute ist es auf zahllosen ARM-basierten Embedded-Geräten im Einsatz. Zusätzlich zu Linux und Windows CE läuft auf den ARM-Netbooks auch noch Google Android – entsprechende Prototypen waren schon auf der Computex zu sehen – sowie zukünftig das von Google angekündigte Chrome OS. Letzteres, das genau wie Android letztendlich auf Linux aufsetzt, wird sich laut Aussage von Google besser für Notebooks eignen als das primär auf Smartphones ausgelegte Android.

Die Zeichen stehen also auf Umbruch, nicht nur in der Softwarewelt: Mit der günstigen und stromsparender Atom-CPU versucht Intel den Vorstoß in den Embedded-Bereich, der bislang als Domäne von MIPS, PPC und ARM galt. Es erweckt fast den Eindruck, dass die ARM-Entwickler dies als Kriegserklärung sahen und sich als Antwort darauf jetzt ihrerseits “nach oben” in Richtung Allzweck-Prozessor entwickeln wollen – bisher das Kerngeschäft von Intel und AMD. Seit der Vorstellung des leistungsfähigen Cortex-A8-Kerns überschlagen sich Freescale, Marvell, Texas Instruments und Qualcomm geradezu mit der Vorstellung leistungsfähiger ARM-CPUs mit Taktraten im GHz-Bereich. Inzwischen präsentierte ARM schon das Cortex-A9-Design [1] mit dem Codenamen “Osprey”, die erste ARM-Variante mit Out-of-order-Execution, zwei Kernen und Taktfrequenzen bis zu 2 GHz. Der Stromverbrauch soll bei lediglich 1,9 Watt liegen, die Produktion entsprechender Chips dürfte jedoch noch etwas dauern.

Wir trafen uns mit Georg Schweighofer, dem Marketing-Director von Qualcomm für Europa, zu einem Gespräch über Qualcomms neuen Snapdragon-ARM-Chip, ARM-Netbooks und Linux.

Abbildung 1: Georg Schweighofer von Qualcomm.

Chipfragen

Der eindrucksvoll klingende Name “Snapdragon” ist nichts anderes als die englische Bezeichnung der hierzulande als Löwenmaul bekannten Blume. Uns interessierte der Aufbau des Chips (Abbildung 2) und Qualcomms Roadmap dafür. Momentane Versionen des Snapdragon sind mit bis zu 1 GHz Takt erhältlich und in 65 Nanometer gefertigt. Es gibt den QSD8250 mit HSDPA-, UMTS-, EDGE-, GPRS- und GSM-Mobilfunk-Unterstützung sowie die QSD8650-Version, die zusätzlich noch das in den USA populäre, von Qualcomm maßgeblich entwickelte CDMA unterstützt (Qualcomm nennt dies “Worldmode” oder “Multimode”).

Qualcomm schickt momentan an seine Partner erste Samples der Dualcore-Version QSD8672 mit 1,5 GHz. Diese Variante soll dank einer Verkleinerung auf 45 Nanometer Strukturgröße nicht arg viel mehr Strom verbrauchen als der aktuelle QSD8650. Zusätzlich zum Dualcore-Snapdragon soll es dann auch eine 1,3GHz/45nm-Version des Singlecore-QSD8250/8650 mit dem Namensanhängsel “A” geben, die 30 Prozent weniger Strom verbraucht.

Abbildung 2: Qualcomms “Snapdragon” ist das Herzstück der kommenden ARM-Netbooks.

Qualcomm hat in den Chip zusätzlich zum “Scorpion” genannten, Cortex-A8-ähnlichen superskalaren ARM-Kern eine Menge zusätzlicher Gadgets integriert: So finden sich hier ein integrierter Speichercontroller (für stromsparendes, teures Low-Power- oder leistungsfähiges, günstiges DDR-RAM) sowie ein Mobilfunk-Kern mit Unterstützung für GPS, Bluetooth und WLAN. Ebenfalls mit an Bord sind ein mit 600 MHz getakteter DSP aus eigener Produktion sowie ein Imageon-3D-Grafikchip. Hierfür hat Qualcomm Anfang 2009 ATI das Entwicklerteam und die Rechte an dem Grafikkern abgekauft. Der weiterentwickelte Imageon im Snapdragon zeichnet 22 Millionen Dreiecke und 133 Megatexel pro Sekunde und bietet Unterstützung für OpenGL ES 2.0 und 1.1. Er soll Qualcomm zufolge nicht nur 3D, sondern auch Flash beschleunigen, was auf internetfähigen Geräten heutzutage ein Muss darstellt.

Das SoC ist sehr hoch integriert; Schweighofer schwärmt, dass zum Bau eines Snapdragon-Systems – neben dem Speicher – nur drei Chips nötig seien: Der Snapdragon, ein HF-Chip für die Funkanbindung sowie ein Power-Management-Chip, der die Spannungen regelt. Durch diese sehr hohe Integrationsdichte lassen sich äußerst stromsparende, kleine und dennoch günstige mobile Geräte produzieren.

Entwicklungsgeschichte

Wir fragen, warum Qualcomm nicht einfach wie die meisten anderen Hersteller einen fertigen ARM-Core lizenzierte, sondern extra eine ARM Architectural License zur Entwicklung eigener Kerne beantragt hat. Schweighofer erzählt, dass man nach guten Erfahrungen mit fertigen ARM-Kernen in der Qualcomm-7000er-Serie der Meinung war, dass hier noch viel Optimierungspotential sei, insbesondere in Sachen Stromsparen. Zusätzlich war die ebenfalls schon hoch integrierte 7000er-Serie mit 528 MHz bei den Abnehmern ein großer Erfolg.

So entschloss sich das Unternehmen, “den nächsten Schritt zu machen”, wie es Schweighofer ausdrückt. Um das zu ermöglichen, beantragte Qualcomm die notwendige Architectural License und übernahm einige Chip-Entwickler von IBM. Diese entwarfen dann in jahrelanger Arbeit den Snapdragon, der trotz verdoppelter Taktrate immer noch sehr wenig Strom verbraucht.

Konkurrenz für den Atom?

Doch wie schlägt sich der Snapdragon im Vergleich zu Intels Atom? Hier kann Schweighofer bis jetzt nur mit Dhrystone-MIPS-Zahlen aufwarten – und leider ist Dhrystone heutzutage kein besonders guter CPU-Benchmark mehr. Der schon 1984 geschriebene Test fällt klein genug aus, um in die Caches moderner Prozessoren zu passen, und bezieht somit das Speicher-Subsystem nicht mit in den Test ein. Darüber hinaus macht er dank der kleinen Code-Größe spezielle Anpassungen der Compiler explizit für den populären Benchmark möglich, die beim Kompilieren von normalem Code dann nicht fruchten. Außerdem handelt es sich bei Dhrystone um einen reinen Integer-Benchmark, und da der Snapdragon auch über eine Fließkomma-Einheit verfügt, wäre zumindest ein Whetstone-Benchmark mit Fließkommarechnungen ebenfalls interessant.

Der momentane, in 65 Nanometer gefertigte Snapdragon mit 1 GHz bringt es Qualcomm zufolge auf 2100 Dhrystone-MIPS, der ARM-Kern alleine verbraucht dabei 0,5 Watt. Ein in 45 Nanometer gefertigter Intel Atom N270 mit 1,6 GHz Taktrate kommt in SiSofts Sandra-Benchmark (mit Intel-Compiler übersetzt) auf rund 3800 Dhrystone-MIPS und verbraucht dabei Intel zufolge 2,5 Watt (TDP).

Auch für den kommenden Dualcore-Snapdragon kann Schweighofer schon Werte liefern, dieser soll bei 1,5 GHz Taktrate 5200 Dhrystone-MIPS liefern; konkrete Watt-Zahlen gibt es dafür noch keine, aber Qualcomm spricht allgemein von 30 Prozent weniger Stromverbrauch durch Umstieg auf den 45-Nanometer-Prozess. Zum Vergleich: Ein Dualcore-Atom-330 mit 1,6 GHz liefert rund 7800 Dhrystone-MIPS, benötigt Intel zufolge dafür aber auch satte 8 Watt TDP. Auch im Größenvergleich schlägt sich der 225 Quadratmillimeter große Snapdragon (Abbildung 3) gut: Die Atom-Varianten in der kleinsten Chip-Bauform fallen mit 182 Quadratmillimetern nur unwesentlich kleiner aus. Sie benötigen aber andererseits auch noch etliche zusätzliche externe Komponenten, die der Snapdragon bereits integriert.

Für den kommenden Dualcore-Cortex-A9 (2 GHz, 1,9 Watt) gibt ARM übrigens einen DMIPS-Wert von 10?000 an. ARM zufolge ist der Chip im aussagekräftigeren EEMBC CoreMark [2] mehr als 2,5 mal so schnell wie ein Atom mit 1,6 GHz. Schon die Stromspar-Variante des Cortex A9 mit 800 MHz und 0,5 Watt soll den Atom knapp schlagen.

Abbildung 3: Der winzige Snapdragon im Vergleich zu einer amerikanischen 10-Cent-Münze.

Auf Basis der Dhrystone-Werte lässt sich extrapolieren, dass der Snapdragon bei gleichem Takt also etwas weniger Leistung bringen dürfte als Intels Atom – dabei aber nur einen Bruchteil des Stroms braucht, was wiederum eine höhere Taktung oder längere Akkulaufzeiten ermöglichen würde. Wo Intel auf SIMD-Erweiterungen wie SSE setzt, hat der Snapdragon NEON, die ARM-Variante von SIMD – und den DSP. Diese Technik könnte bei Aufgaben wie dem (De-)Kodieren von Video und Audio deutlich mehr bringen als die SSE-Erweiterungen im Atom. So verspricht Qualcomm beispielsweise, dass der Snapdragon H.264-Video in 720p dank DSP flüssig abspielt – was Intels Atom nur in Zusammenarbeit mit Nvidias Ion-Grafikchip fertigbringt. Dies setzt natürlich entsprechende Anspassungen der Software voraus.

Im Vergleich zu den ARM-Prozessoren der Konkurrenz – unter anderem Freescale, Marvell, Texas Instruments oder Nvidia – sieht sich Qualcomm in Sachen Leistung als Technologieführer.

Software-Unterstützung

Qualcomm arbeitet mit Adobe zusammen an einem ARM-Port von Flash – somit wird zumindest eine der problematischen Closed-Source-Komponenten von Anfang an unterstützt. Auch kooperiert Qualcomm offiziell mit Sun, um Java auf dem Snapdragon lauffähig zu machen. Ungetrübtem Websurfen mit ARM-Netbooks sollte also nichts im Wege stehen.

Auch andere Softwarefirmen haben sich hinter den Snapdragon gestellt: Real Networks, Bluestreak und Varia Mobile optimieren ihre Mediaplayer für den Prozessor, Phoenix Technologies, Thundersoft und Xandros engagieren sich in Sachen Betriebssystem. Haansoft und Remoba entwickeln bisher undefinierte Produktivitätssoftware, ebenso vage wird Zinio in Sachen Digital Media Services genannt. Conveneer entwickelt Social-Networking-Software für ARM-Netbooks, Bsquare und Movial kümmern sich um die Systemintegration.

ARM-Netbooks

Immer wieder fällt im Interview der Begriff “Enabler”, denn Qualcomm sieht sich selbst nur als Know-how- und Chip-Lieferant für die Gerätehersteller. Qualcomm hat über 15 Kunden als Abnehmer für den Snapdragon gewonnen, unter anderem Acer, LG Electronics, Quanta, Samsung, Toshiba, C-motech, Compal, Foxconn, HTC, Inventec und Wistron, sowie weitere noch ungenannte, “sehr große” Hersteller. Lediglich Asus hat sein angekündigtes ARM-Netbook, das auf der Computex schon als Prototyp zu sehen war, inzwischen ohne Nennung von Gründen wieder abgekündigt. Es erweckt den Anschein, dass der Hersteller – ähnlich wie bei Linux auf seinen Netbooks, wo Asus inzwischen an der Kampagne “It’s better with Windows” teilnimmt [3] – das ARM-Gerät nur als Vorwand vorschob, um beim bevorzugten Lieferanten Intel bessere Konditionen herauszuschlagen.

Mehr als 30 Geräte mit Qualcomms Chip befinden sich momentan in der Entwicklung, wovon der Großteil ARM-Netbooks oder Smartphones sein dürften (Abbildung 4 zeigt einen Prototypen). Bezüglich Akkulaufzeit und Preisen will sich Schweighofer nicht festlegen, da dies stark von der Implementierung und Positionierung der Geräte im Markt abhängt, die allein Sache der Gerätehersteller ist. So bietet beispielsweise ein Mobiltelefon einfach weniger Platz für einen großen Akku als ein Netbook. Dennoch verrät er uns, dass er unter den Herstellern von einer Akkulaufzeit für Snapdragon-ARM-Netbooks von zehn bis zwölf Stunden gehört hat, der Preis soll auch klar unter dem Durchschnittspreis von Netbooks liegen.

Das erklärte Design-Ziel für die ARM-Netbooks lautet “always on, always connected”: Von der Idee, nach neuen E-Mails zu sehen bis zum Lesen der ersten Nachricht sollen nur Sekunden vergehen – ohne langwieriges Aufwachen aus dem Tiefschlafmodus oder gar Booten des Notebooks, Starten von Programmen, Aufbauen der Verbindung ins Netz und andere zeitraubende Schritte. Qualcomm plant, dass dank “always on” das ARM-Netbook schon im zugeklappten Zustand die E-Mail heruntergeladen hat, so dass sie beim Öffnen sofort dargestellt wird.

Abbildung 4: “Alaska”-Prototyp eines Tablet-ARM-Netbooks der Firma Inventec.

Zu unserer Frage, ob denn – analog zu den Nettops – auch “Smarttops” geplant sind – also schlanke, kleine, günstige Desktops – mag Schweighofer nichts sagen: Über den Bau solcher Geräte müssten schließlich Qualcomms OEM-Partner entscheiden. Technisch stünde dem jedoch nichts im Weg, denn schon mit dem Snapdragon-Vorgängerchip präsentierte Qualcomm “Kayak”, einen Desktop-Winzling für Entwicklungsländer [4]. Der Fokus des Snapdragon liegt jedoch eindeutig im mobilen Bereich – und auch nur auf Komplettgeräten: Es ist nicht geplant, Snapdragon-basierte Motherboards mit festverlötetem Chipsatz zu verkaufen, wie es etwa Intel mit dem Atom macht.

Zur Verfügbarkeit von Geräten mit Snapdragon-Prozessor will Schweighofer den OEM-Kunden nicht vorgreifen. Es sind aber bereits erste Geräte mit der QSD8250/QSD8650 Generation im Handel, beispielsweise das vom Exklusivertreiber O2 derzeit stark beworbene Smartphone Toshiba TG-01 mit 1-GHz-Snapdragon. Das setzt allerdings auf Windows Mobile – prompt musste der Verkauf kurz nach Einführung wegen einer Virusinfektion ausgesetzt werden [5]. Auch Acers neues Liquid-A1-Smartphone integriert einen 768-MHz-Snapdragon – hier kommt allerdings Android zum Einsatz. Geräte mit den kommenden 45-Nanometer-Chips wie dem 1,5-GHz-Dualcore sollen in der zweiten Jahreshälfte 2010 in den Verkauf gehen.

Linux

Als Linux-Basis für den Snapdragon dient der Vanilla-Kernel von Kernel.org. Qualcomm liefert zusätzlich ein für den Snapdragon angepasstes “Support Package” mit allen Treibern an seine Abnehmer aus. Eine präferierte Distribution gibt es nicht: Das Betriebssystem muss ja auf die jeweiligen Geräte abgestimmt werden, was wiederum Sache der Gerätehersteller ist. Als Entwicklungsplattform nutzt Qualcomm den Standard-GCC. Der erzeugt ganz normaler ARM-v7-Code erzeugt, wie er auch auf anderen v7-Prozessoren wie etwa Freescales i.MX515, Texas Instruments OMAP3xxx oder Marvel Kirkwood (allesamt Mitglieder der leistungsfähigen ARM Cortex-A8-Generation) läuft. Nur die Kompatibilität zu Nvidias Tegra-Chip, einem SoC mit ARM-Kern und Nvidia-GPU, ist ungewiss, da dieser auf den ARM-v6-Befehlssatz setzt.

Wir wollten von Schweighofer wissen, was Qualcomm mit dem 600-MHz-DSP vorhat und ob man plant, diesen auchunter Linux nutzbar zu machen. Qualcomm selbst nutzt den DSP für 3G-Sprach- und Video-En/Decoding, er ließe sich aber grundsätzlich für eine Vielzahl von Einsatzzwecken nutzen. Momentan plant man bei Qualcomm noch keine “Öffnung” des DSPs für Fremdentwickler, aber Schweighofer konnte sich durchaus vorstellen, dass Qualcomm Beispielcode oder eine Toolchain für den DSP im Quelltext veröffentlicht. Auch unser Vorschlag für eine direkt von Linux nutzbare API dafür oder gar OpenCL-Unterstützung wurde positiv aufgenommen. So mancher SIMD-Code (beispielsweise für Videokodierung) lässt sich gut auf einen DSP portieren.

Laut Schweighofer wäre Qualcomm generell durchaus bereit, Quelltexte für gewisse selbstentwickelte Software, die nichts mit dem Mobilfunk-Modem zu tun hat, frei zur Verfügung zu stellen. Diese Einschränkung ist verständlich, denn der Bau von Mobilfunk-Chips und der dazu passenden Entwicklungsumgebung stellen schließlich das Kerngeschäft von Qualcomm dar. Auch die Mobilfunk-Betreiber wären aus dem Häuschen, wenn jemand den Code verändert und damit das äußerst komplexe, fein abgestimmte System der Mobilfunknetze mit nicht standardkonformen Funksignalen oder Daten stören würde. Aus diesen Gründen will Qualcomm diesen Code lieber nicht offenlegen.

Wie die Zusammenarbeit mit der Open-Source-Community genau vonstatten gehen soll, war zum Zeitpunkt des Interviews noch nicht entschieden. Dass es jedoch eine geben wird, gab Schweighofer schon klar zu verstehen. Ende Oktober gab Qualcomm dann die Gründung des “Qualcomm Innovation Centers” bekannt, einer In-House-Entwicklungsabteilung mit einigen Dutzend Mitarbeitern. Hauptaufgabe: Die Anpassung und Optimierung von Linux und seinen Derivaten (also auch Android oder ChromeOS) auf die Qualcomm-Plattform [6].