標(biāo)準(zhǔn)處理器IP在華掀起高潮

    IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))是新經(jīng)濟(jì)最令人覬覦的商品。在微處理器IP核市場(chǎng)上，三家公司近日在國(guó)內(nèi)開(kāi)展的推展活動(dòng)：ARM、MIPS和Tensilica。ARM是標(biāo)準(zhǔn)處理器市場(chǎng)的最有代表性的廠商，Tensilica是可配置處理器廠商，MIPS是以計(jì)算起家的，即可作為標(biāo)準(zhǔn)處理器核，也可實(shí)現(xiàn)可配置處理器核。最近，三家公司都有些新的動(dòng)作，表明了十分看好中國(guó)SoC設(shè)計(jì)市場(chǎng)，并且認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)處理器IP市場(chǎng)充滿了前景。

ARM一直在關(guān)注可配置處理器IP的事態(tài)發(fā)展，但目前公司始終堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化處理單元（Cell）道路。ARM公司董事長(zhǎng)Robin Saxby爵士在今年3月的上海微處理器論壇上說(shuō)， ARM提出了ARM CPU單元概念，傳統(tǒng)的“另一種”CPU架構(gòu)存在好用、簡(jiǎn)單（基本）的RISC實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單（基本）的工具，例如ARC, MIPS, 68K(Freescale), x86過(guò)去是那種。ARM提出的CPU單元，除了ASIC過(guò)去的設(shè)計(jì)外，沒(méi)有統(tǒng)治性的技術(shù)特征，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的單元，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化的工具，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化的處理，但是非常小型并且不貴，擁有出色的MIPS/W&MIPS/美元。

表1 三家微處理器IP廠商一覽表

            打造ARM CPU單元 

    

    在低功耗和小尺寸方面，ARM的范例是，從1986年到2006年的20年間，功耗降低了800倍，面積縮小550倍！例如，ARM1（1986年）20mW/Hz，50mm2；現(xiàn)在的ARM7TDMI（2006年）0.025mW/MHz，小于0.1mm2。 在低功耗處理器方面，ARM力圖實(shí)現(xiàn)32位的性能，8位機(jī)的造價(jià)，例如Cortex-M3微處理器。 



圖1 功率和面積（成本）的不斷縮小

    ARM成為一連串標(biāo)準(zhǔn)處理器IP的發(fā)明者：發(fā)明了AMBA，存儲(chǔ)器優(yōu)化的處理器（Thumb），子系統(tǒng)附件（PrimeXsys），標(biāo)準(zhǔn)化的OS端口，用于市場(chǎng)部分的驅(qū)動(dòng)器（Move，MBX和Jazelle），安全處理器（安全核和Trust-Zone），數(shù)據(jù)引擎（OptimoDE），ESL設(shè)計(jì)工具。他們都基于標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，都是由于客戶的實(shí)際要求而產(chǎn)生的。

    ARM的推出使原有的商業(yè)模式也產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變。定位在非常小和特殊要求的嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)，取代了很多單芯片處理器的應(yīng)用，打開(kāi)了SOC這個(gè)新市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了虛擬元件的概念（允許設(shè)計(jì)復(fù)用，允許分散式設(shè)計(jì)）。同時(shí)也第一個(gè)產(chǎn)生了這樣的創(chuàng)新，使每個(gè)設(shè)計(jì)者都平等地享有設(shè)計(jì)權(quán)，改變業(yè)界經(jīng)濟(jì)的機(jī)會(huì)。



圖2 32位架構(gòu)的市場(chǎng)格局 

    ARM在32位市場(chǎng)可謂春風(fēng)得意（圖2）。嵌入式處理器的三個(gè)領(lǐng)域：應(yīng)用處理器、實(shí)時(shí)控制處理器、微控制器（MCU）都有ARM的身影。例如，在控制器領(lǐng)域，Sharp、Philips、Zilog等都推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。Sharp亞太區(qū)MCU首席市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監(jiān)張宇清在今年3月的IIC展會(huì)上說(shuō)，該公司MCU的特色主要適合帶顯示處理的消費(fèi)電子產(chǎn)品，Sharp選擇ARM的原因是ARM在32位擁有強(qiáng)有力的市場(chǎng)地位，不論ARM7TDMI還是ARM9核MCU，都受到消費(fèi)者的歡迎，例如老產(chǎn)品ARM7TDMI盡管推出10多年了，但由于性能適中，易于設(shè)計(jì)、制造，仍然深受中國(guó)消費(fèi)者的喜愛(ài)。


           MIPS：既標(biāo)準(zhǔn)、又配置

    如果你問(wèn)起每家32位處理器廠商，都有一套理由說(shuō)明自己的產(chǎn)品功耗、價(jià)格、體積等方面處于優(yōu)勢(shì)。當(dāng)解釋為何造成今天的市場(chǎng)格局時(shí)，答案是由于歷史原因形成的。后起之秀們力圖改變?nèi)藗兊挠^念，例如，MIPS 公司工程副總裁 Pat Hays 博士在今年3月的IIC展覽上聲稱：在高性能處理IP領(lǐng)域,功耗比最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手低2/3左右。

    在進(jìn)入手持市場(chǎng)方面，Hays 博士認(rèn)為擁有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槭殖衷O(shè)備市場(chǎng)有很多融合的技術(shù)，MIPS 家庭娛樂(lè)方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，如機(jī)頂盒提供了很多中間件/軟件的支持，MIPS在基礎(chǔ)架構(gòu)方面的經(jīng)驗(yàn)可以支持手持設(shè)備市場(chǎng)，如便攜式媒體播放器。

    MIPS的IP也是非常容易使用的。MIPS的指令層相對(duì)于主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手來(lái)說(shuō)是非常簡(jiǎn)單的，因?yàn)镸IPS是真正的RISC架構(gòu)，另一個(gè)原因是這是一個(gè)被廣泛支持的架構(gòu)。

    MIPS不僅是標(biāo)準(zhǔn)處理器IP，還有一定的可配置性。相比于可配置的鼓吹者——Tensilica，Hays 博士說(shuō)從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，兩家公司的配置重點(diǎn)不盡相同，MIPS是走中間路線的。ARM不提供配置能力，而Tensilica提供極高的配置能力，而MIPS是處于中間的地位。MIPS為客戶提供UPCODES能力，另一方面提供用戶定義指令能力。例如，Tensilica提供的可配置能力確實(shí)太多了，用戶有非常多的軟件庫(kù)，太復(fù)雜了，又沒(méi)有一個(gè)共同的用戶來(lái)監(jiān)控。MIPS走中間的路線，MIPS給用戶提供了比較合適的這種可配置的能力。

    MIPS與珠海炬力進(jìn)行了軟核授權(quán)，而ARM一直堅(jiān)持在中國(guó)做硬核授權(quán)。從成本角度來(lái)說(shuō)，硬核授權(quán)的成本將會(huì)更低，因此中國(guó)很多中、小企業(yè)愿意接受硬核授權(quán)；但是軟核可以為企業(yè)帶來(lái)更多自己配置、做產(chǎn)品的能力。當(dāng)然，知識(shí)產(chǎn)權(quán)也是個(gè)問(wèn)題。隨著中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)境將來(lái)逐步的改善，MIPS也會(huì)考慮給一些高端用戶硬核方面的授權(quán)。

    MIPS自己有處理器IP授權(quán)又有架構(gòu)授權(quán)，兩者相輔相成。首先，MIPS為一些廠商和用戶提供架構(gòu)，使客戶在這些架構(gòu)上通過(guò)用MIPS的代碼庫(kù)來(lái)發(fā)展客戶的產(chǎn)品，然后這些用戶可以在MIPS的架構(gòu)上做自己的處理器，但是這目前不是MIPS的重點(diǎn)；現(xiàn)在MIPS主要想做的就是給用戶產(chǎn)品的授權(quán)，比如IT方面的授權(quán)，同時(shí)給客戶提供代碼庫(kù)。有些客戶既購(gòu)買架構(gòu)，同時(shí)又購(gòu)買核心產(chǎn)權(quán)。

    在與第三方合作方面，與ARM相比，MIPS的方式是投資合作伙伴，把某產(chǎn)品和相應(yīng)的技術(shù)綁定起來(lái)，與合作伙伴開(kāi)發(fā)出比好產(chǎn)品，然后把它打包了提供給用戶。 


              Tensilica：從配置向標(biāo)準(zhǔn)拓展
    Tensilica可稱為處理器IP領(lǐng)域的陽(yáng)春白雪，一直以可配置與高性能著稱，主要客戶也在美國(guó)、日本。今年2月底，公司創(chuàng)始人兼CEO（首席執(zhí)行官）Chris Rowen博士來(lái)到北京和上海，介紹了專門為中國(guó)市場(chǎng)打造的Diamond（鉆石）系列內(nèi)核產(chǎn)品，公司一口氣連推了6款產(chǎn)品，包括4款CPU和2款DSP，一下和ARM、MIPS的高性能主流產(chǎn)品拉近了不少。Rowen博士躊躇滿志，說(shuō)6款產(chǎn)品相比于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，性能、價(jià)格都存在優(yōu)勢(shì)。

    深信可配置處理時(shí)代必將到來(lái)的Tensilica，為何轉(zhuǎn)而發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)處理器核？市場(chǎng)調(diào)查公司Semico認(rèn)為：可配置處理器的增長(zhǎng)速度是非可配置處理器的5倍。Rowen博士解釋說(shuō)，這是因?yàn)榭膳渲锰幚砥髋c現(xiàn)貨供應(yīng)的處理器相比，優(yōu)勢(shì)是體積更小、功耗更低，速度快，但是可配置處理器需要客戶對(duì)應(yīng)用有很好的理解，有時(shí)是更深刻的了解。而更深的了解會(huì)隨著地區(qū)、公司、項(xiàng)目的不同而不同。因此，Tensilica準(zhǔn)對(duì)大眾公司還推出了標(biāo)準(zhǔn)處理器核。

    進(jìn)入到ARM主要壟斷的標(biāo)準(zhǔn)化處理器IP領(lǐng)域，Tensilica躊躇滿志。Rowen博士解釋說(shuō)原因有二：所有的客戶都希望他們的產(chǎn)品具有差異性，如果是可配置的處理器內(nèi)核的話，你可從硬件與軟件方面都可提供差異化的產(chǎn)品；但是如果是不可配置的，像ARM等標(biāo)準(zhǔn)化處理器內(nèi)核做出的產(chǎn)品與別人是一樣的，沒(méi)有辦法做太大的改動(dòng)，只能是軟件方面有差異性；鉆石系列的推出，無(wú)疑給客戶一種更多的選擇。

    另一方面，由于市場(chǎng)的趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越轉(zhuǎn)向可配置處理器，今天客戶選擇鉆石系列，不僅是為了今天的應(yīng)用，而且為了將來(lái)可以轉(zhuǎn)向可配置處理器內(nèi)核。

   在實(shí)現(xiàn)多核、多處理時(shí)，Tensilica不失為一個(gè)選擇。例如，音頻+視頻，視頻+圖像處理這些多個(gè)任務(wù)時(shí)，用多核架構(gòu)容易，同時(shí)Tensilica提供軟件處理工具和軟件開(kāi)發(fā)工具，還有內(nèi)部的連接，小面積、低功耗，這樣處理多個(gè)任務(wù)時(shí)可以減少成本。

    談到Tensilica低功耗是如何實(shí)現(xiàn)的，Rowen博士說(shuō)兩個(gè)原因：因?yàn)門ensilica的門數(shù)少，面積小，因此功耗低；建立base line（基本處理）結(jié)構(gòu)，這樣中央控制時(shí)功耗就低，每個(gè)模塊、寄存器、功能之間，有更加詳細(xì)的時(shí)鐘門控制，在加上功耗的管理。

    那么其它公司為何不做可配置處理器？因?yàn)門ensilica所謂的可配置非常復(fù)雜，需要自動(dòng)成生軟硬件。同時(shí)，Tensilica可配置模式專利數(shù)占整個(gè)行業(yè)的50%還多，阻止了其他后來(lái)者進(jìn)來(lái)的機(jī)會(huì)。


           客戶決定成敗

    隨著中國(guó)巨大的電子市場(chǎng)與SOC設(shè)計(jì)水平的提高，處理器IP廠商在國(guó)內(nèi)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)也拉開(kāi)了序幕，除了以上的三家外，還有蘇州國(guó)芯的C*CORE等。這為中國(guó)SOC設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了更多的選擇。標(biāo)準(zhǔn)處理器IP在中國(guó)較為適宜，原因是風(fēng)險(xiǎn)較低，上市速度較快。筆者認(rèn)為，從性能、價(jià)格等角度來(lái)說(shuō)，32位IP廠商之間的差別不大，只有一些細(xì)微的差別，但服務(wù)支持等八仙過(guò)海。因此，對(duì)客戶選購(gòu)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有最好，只有最適合。中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)正在蹣跚起步，投資者、設(shè)計(jì)者都不能容忍失敗，生物鏈相當(dāng)脆弱?？蛻舻某晒褪荌P廠商的成功，人們期待微處理器IP廠商與IC設(shè)計(jì)公司能夠更好地磨合、緊密合作，共同成就中國(guó)的SOC設(shè)計(jì)事業(yè)！