2010年处理器核心大战一触即发

2009年12月25日 08:12    李宽
关键词: 处理器 , 大战 , 核心 , 一触即发
ARM日前发布一款全新A5核心,旨在强化其高端移动与嵌入式处理器产品线。此举反映出ARM正尝式多边化发展,以因应其新旧竞争对手与更多商机。此外,ARM还将借此次行动强化其在绘图领域的地位、延伸微处理器的进展,同时在朝FPGA领域拓展的新方向中取得更进一步的发展。

开发代号为Sparrow的A5核心,是Cortex家族的入门级新成员。它可在软件完全兼容的条件下,让采用ARM926EJ-S与ARM11核心的用户直接升级。

对ARM来说,现在是调整其产品线的最佳时机。预计在明年的ARM大会举行之际,英特尔(Intel)公司将会出样其Atom处理器的32nm版本,首次正面向ARM在移动装置市场的地位发出挑战。

ARM目前拥有约98%的手机市场。“有人告诉我每支移动电话大约使用了2.5颗处理器,我也认同这样的看法。”Forward Concepts公司市场分析师Will Strauss表示。

包括Marvell公司的Armada、Nvidia公司的Tegra、高通(Qualcomm)公司的Snapdragon与德州仪器(TI)的OMAP 等产品均采用了基于ARM处理器的设计,可望使ARM的动能超越手机市场,进一步推展至笔记型计算机与其它移动系统领域。但英特尔这家全球芯片制造业的巨擘也以其Atom的现有与未来版本,积极主导笔记型计算机,并在PC以外切入高成长的智能手机市场。

尽管在任何英特尔Atom芯片的性能与功耗挑战下,Cortex A5仍能持续其成长地位。显然地,针对入式系统应用,在ARM M系列以上的产品线一直能够在更广泛的微处理器市场中持续获得成长动能。

Cortex A5基本上是A8/9核心的简化版。ARM采取了可依每频率周期发送多重指令的超纯量管线处理能力,并加以微调至单一管线性能,使其可依序处理每频率周期单一指令。

然而,A5拥有的动态分支预测能力,使拥有优于ARM9的更佳效能。ARM公司A5产品经理Travis Lanier指出,它还具有一种可在有限分支架下支持两个指令集的性能。

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ARM在A5核心系列中简化Cortex管线设计

A5采用了低功耗40nm工艺,预期可执行高达500MHz的数据传输速率,每1MHz消耗0.12mW功率,可实现1.57 Dhrystone MIPS性能。在采用通用工艺技术时,其数据率还可加速一倍,不过,这并不是该芯片的主要目标。

A5核心的尺寸仅有ARM11系列的2/3,但性能却高出20%;此外,比ARM9尺寸更小的A5也可实现高出80%的性能。

A5核心共享了Cortex A8与A9的许多技术优势,这更是旧款ARM核心所欠缺的。例如,A5可支持ARM的Neon SIMD指令集,以实现多媒体加速与其TrustZone安全功能。

新款核心也支持ARM的64位AXI总线。然而,除了一些新模块需要使用更高性能以外,目前许多芯片制造商希望能继续在32位总线上使用现有外围。

A5也可利用ARM的MCore技术建置于4核心处理上。ARM宣称,采用这样的设计,将可执行于GHz级的速率,每MHz达到8.5 CoreMarks。

ARM仍处于最佳化A5核心的最后开发阶段,至少要到明年切才可能从晶圆厂中完成测试芯片。该公司认为,目前已有三家公司取得A5授权,包括爱特梅尔(Atmel)公司。

根据《EETimes》所取得的资料,Atmel即将在2010年下半年发布一款采用A5核心的单芯片。该芯片采用65nm工艺,在667MHz速率下可实现1,000 Dhrystone MIPS性能。该处理器并兼容于Atmel现有的ARM926芯片,还可能支持两款基于DMA的DDR2内存信道,并采用结合AXI与AHB的总线。他们将针对工业、医疗与零售市场发布采用该核心的MIPS、PowerPC与x86处理器产品。

相较于ARM926EJ-S拥有超过100家授权厂商,以及40家以上的ARM1176JZ授权,A5目前看来还有很大成长空间。但该核心目前还处于发展的早期;因此,考虑产品设计的开发时程,大部份采用该核心的芯片可能要到2011年才会开始出货。

“该公司试图推动厂商采用Cortex产品线,它具有旧核心所欠缺的全新性能。” Microprocessor Report的资深编辑Tom Halfhill表示,“ARM11大约已推出5年了,而926也已将近9年了──即使是用于嵌入式处理器,也已经过时了。”

“在某种程度上而言,这将可协助ARM捍卫其市场,免于英特尔与其它厂商的侵蚀,”Halfhill added补充道,“Atom虽然远落于后,但英特尔正积极朝此方向发展,”特别是该公司在今年三月与台积电(TSMC)签署协议,由台积电制造Atom核心。

此外,ARM还将在此次大会上鼓吹支持其新近推出的Mali绘图加速器核心,并与FPGA巨擘赛灵思(Xilinx)结盟。

ARM为此发表了一个可为Mali开发人员提供支持的网站,ARM公司Mali开发网站经理Elan Lennard并宣布在未来几个月,将可自该网站取得针对Mali所提供的两款第三方开发板工具。

“用户对于更大尺寸显示器与更好的接口与游戏的需求,推动了对于Mali授权的快速成长,”Lenard说,新的网站“为不一定来自授权厂商的应用程序开发人员,提供了开发所需的工具与文件,”其中包括免费的工具、库与仿真器。

ARM与合作伙伴们展示超过15项的用户接口与其它执行于Mali的应用,包括一款明导公司(Mentor Graphics)的汽车仪表板。“针对汽车的用户接口必须具有实时的反馈,从低阶到高端的各种汽车中,都可看到对此应用的兴趣与需要,”她说。

基于Mali的芯片才刚导入市场,而这一市场多年来都由许多其它公司主导嵌入式绘图核心。

LG电子与其它公司现正出货可兼容于OpenGL ES 1.1标准的第一代Mali 55。目前ARM可提供针对Mali 200的硬件开发平台,以及一个针对Mali 400核心的硬件开发平台,它可支持目前的OpenGL ES 2.0规格。

Mali 200核心将可实现每秒1,600万次三角形的处理性能。采用65nm工艺的Mali 400在16mm2尺寸的4核心设计时,几乎可实现较Mali 200更高1倍达每秒3,000万次三角形的处理性能,并可支持1080p视讯。

ARM朝FPGA领域延伸的举动仍处于未成熟的早期阶段,但可能带来显著影响。不过,该公司并未披露稍早前与赛灵思共同开发的合作计划细节。

这项合作计划可能深具重要意义。它可使ARM核心延伸到更广泛的范围,包括共同开发未来的ARM总线技术,以及融合处理器核心与FPGA的新兴SoC开发途径。

ARM 与Xilinx的合作也对Xilinx目前使用PowerPC核心的未来带来诸多问题。同时,它也与最近刚发布一项类似合作计划的Altera与MIPS 公司之间,形成了一种竞争形态。大约在一年前,Arrow也曾宣布一项在Altera的FPGA中整合ARM核心的服务。

一些市场观察家们仍对此合作关系存疑。Forward Concepts 公司的Strauss表示,由于Xilinx公司本身拥有其MicroBlaze核心,PowerPC从未在其FPGA中获得什么吸引力。而嵌入式开发人员也比较喜欢采用C语言,而不是以类似VHDL的环境来开发FPGA。

但另一方面,ARM在该大会上宣称合作计划的进展将为其更广泛的微控制器市场铺路。

例如,东芝(Toshiba)公司将宣布32位MCU采用80MHz ARM M3核心,瞄准洗衣机、冰箱与空调等最高效能的马达应用。M370是东芝公司首款采用M3的5V器件,也是首款采用其硬件向量引擎的产品。

恩智浦(NXP)公司正准备使用ARM M0核心,将触角延伸至较低阶的嵌入式系统,不过,首款器件要到今年稍晚才能出货。基本上,NXP打算以8位和16位的ARM M0设计取代其逐渐淘汰的8051控制器系列。

此举有助于使ARM核心所能装载的器件量加倍成长,NXP公司微控制器产品线总经理Geoff Lees表示。“我们一直在寻找一种能让产品从一开始到结束都能采用ARM架构的方式,”他补充道。

Strauss表示,此举也正好发生在微控制器追随DSP的脚步,从现有设计转向采用SoC的设计趋势之际。“整个微处理器世界几乎都采用了SoC,而不再使用现成器件来设计了。”他说。

Semico Research公司的Tony Massimini表示,在这一领域中,ARM仍算是一家小规模的现有厂商,在微处理器的市占率大为25%。不过,也有的说法指出其市占率仅有个位数。

ARM 拥有十家获此微处理器授权的厂商,其中以德州仪器(TI)因在今年五月收购Liminary而拥有最多授权,其次依序是意法 (STMicroelectronics)、Atmel、NXP、Oki与三星电子(Samsung)。他们并与几家拥有自有架构的大型微控制器厂商相互竞争,如瑞萨(Renesas)、NEC、飞思卡尔(Freescale)、英飞凌(Infineon)与Microchip等公司。

该市场的价格竞争相当激烈,而且在瑞萨科技与NEC等一些重量级厂商准备合并后,预期这一竞争将更为加剧,Massimini指出。好消息是这一市场可望自全球不景气的阴霾中快速复苏。

Semico预测,微控制器市场历经2009年衰退达15.6%之后,明年可望看到14.9%的成长。32位市场是恢复力道最强的领域,从2009年衰退6.5%后,明年可望见到30.3%的成长率。

“今年我首度看到了32位微控制器出现衰退。”Massimini说。

另一位市场观察家预测,ARM可望在2011年时超越PowerPC与x86,一跃成为32位微控制器架构的主导厂商。

作者:麦利
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