應(yīng)用處理器浮出水面

2004年5月A版

　　多年來(lái)，DSP最擅長(zhǎng)的是數(shù)字信號(hào)處理，分通用與專(zhuān)用。專(zhuān)用滿足特定市場(chǎng)的大量需要，如DVD芯片等?，F(xiàn)在通用DSP在結(jié)構(gòu)上也不那么單一了，例如，通用DSP中嵌入RISC內(nèi)核及各種功能、接口，出現(xiàn)了滿足數(shù)碼相機(jī)與音頻、視頻流的流媒體處理器；DSP與MCU融合，誕生了DSC（數(shù)字信號(hào)控制器)，滿足電機(jī)等既需要實(shí)時(shí)控制又需要中等速度處理的應(yīng)用。

　　近兩、三年來(lái)，應(yīng)用處理器隨著手機(jī)的升溫而熱起來(lái)。應(yīng)用處理器不再?gòu)?qiáng)調(diào)其是DSP、CPU還是MCU，更關(guān)心的是處理器能滿足哪類(lèi)應(yīng)用。在應(yīng)用處理器中，當(dāng)然要數(shù)手機(jī)用處理器最眩最亮了，處理器往往為雙核結(jié)構(gòu)，有的還是三核，外加各種音視頻、圖像加速器，功耗更低，價(jià)格也能被接受，使手機(jī)又像電腦，又似電視，又是相機(jī)，又能導(dǎo)航，真正成了散發(fā)無(wú)窮魅力的小精靈。為了實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想，一些芯片巨頭憑著在處理器方面的設(shè)計(jì)實(shí)力與前沿的制造工藝，在這“小手機(jī)/大市場(chǎng)”的領(lǐng)域劈波斬浪、激流勇進(jìn)。

TI：OMAP 2性能高

　　為了開(kāi)辟手機(jī)芯片市場(chǎng)，TI專(zhuān)門(mén)成立了平行于DSP組的無(wú)線芯片組，下設(shè)OMAP分部，專(zhuān)門(mén)為手機(jī)開(kāi)發(fā)處理器。去年TI推出了OMAP 1應(yīng)用處理器，主要針對(duì)語(yǔ)音通信，其中一款三核結(jié)構(gòu)產(chǎn)品集成了modem(調(diào)制/解調(diào)器)與ARM9內(nèi)核，而modem中有ARM7+TI C55DSP。OMAP 1已大量應(yīng)用于Nokia手機(jī)之中。

　　今年2月，該公司又面向高端智能市場(chǎng)推出了OMAP2，可以支持3D游戲、4百多萬(wàn)像素相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、TV等功能。4月1日，該公司全球芯片組市場(chǎng)銷(xiāo)售總監(jiān)Tom Pollard先生向記者介紹了OMAP 2。OMAP2采用了獨(dú)特的模塊化的多引擎結(jié)構(gòu)：利用了ARM11的微架構(gòu)，速度達(dá)到330MHz~1GHz，并集成了modem部分，而modem部分里面有ARM11+C55內(nèi)核，因此OMAP2為一款高性能的三處理器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

　　不僅如此，OMAP2還采用了圖形與基于TI DSP的視頻、音頻與影像加速器，使之能完成高品質(zhì)的多媒體功能。

　　當(dāng)記者問(wèn)到為何立即把modem集成在OMAP2中時(shí)，Pollard回答是：“一般市場(chǎng)是從高端開(kāi)始開(kāi)發(fā)的，客戶需要單獨(dú)的應(yīng)用處理器來(lái)開(kāi)發(fā)高檔的產(chǎn)品，之后大家追求成本更為降低的版本?！币虼薕MAP 2下一步會(huì)發(fā)售ARM11+C55的單獨(dú)modem芯片。

　　OMAP1已被TI的老搭檔Nokia等公司大量采用。憑借OMAP應(yīng)用處理器在市場(chǎng)上的成功，TI試圖把戰(zhàn)火曼延到高通公司壟斷的CDMA市場(chǎng)。去年底，TI與STM聯(lián)合開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)cdma2000 1xEV-DV芯片組解決方案。

　　與TI把基帶(含modem)與應(yīng)用處理器集成在一起的方式不同，大多數(shù)手機(jī)芯片廠商的方案仍然是把基帶和普通應(yīng)用處理器功能分開(kāi)的，Agere公司更分成了三個(gè)獨(dú)立的處理區(qū)域：通信軟件處理器、應(yīng)用處理器以及基帶處理器(見(jiàn)本刊04年2月上半月88頁(yè)報(bào)道)。主張分開(kāi)也有充分的理由：這樣避免了與通信模塊的資源沖突。但公說(shuō)公有理，婆說(shuō)婆有理，很難決定，只能從芯片性能進(jìn)行分析了。

瑞薩處理器：功耗省

　　日本Renesas（瑞薩)公司在今年3月IIC展會(huì)期間也介紹了其應(yīng)用于下一代移動(dòng)電話設(shè)計(jì)的應(yīng)用處理器理念。其應(yīng)用處理器是與基帶處理器分離的專(zhuān)用處理器，主要實(shí)現(xiàn)高級(jí)處理應(yīng)用程序。因此“現(xiàn)有手機(jī)+應(yīng)用處理器”，就可開(kāi)發(fā)出高端手機(jī)。與基帶處理器分離的原因是必須處理網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，繁重的程序下載會(huì)大大影響了基帶的性能。所以分離后可簡(jiǎn)化項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，有助于縮短產(chǎn)品的上市的時(shí)間。

　　瑞薩的應(yīng)用處理器是DSP+CPU的雙核結(jié)構(gòu)，為了降低功耗，瑞薩采用了電源切斷功能(如圖1），平時(shí)Vcc驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)工作，Vcc主系統(tǒng)被切斷，這樣達(dá)到了超低功耗節(jié)電模式，待機(jī)狀態(tài)只消耗約10μA的電流。

Intel：PXA系列價(jià)格廉

　　在CPU與閃存市場(chǎng)稱(chēng)雄的Intel，去年2月也以“單芯片無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的口號(hào)，用PXA800F手機(jī)處理器向手機(jī)市場(chǎng)進(jìn)軍。這是一款基帶處理器，針對(duì)語(yǔ)音通信和互聯(lián)網(wǎng)接入功能，內(nèi)部集成了主頻為312MHz的Intel Xscale處理器，并含片上閃存和SRAM。此外，還有一個(gè)采用Intel微信號(hào)架構(gòu)的104MHz信號(hào)處理器，該微架構(gòu)中也帶有片上集成閃存和SRAM，面向GSM/GPRS。其中，微信號(hào)架構(gòu)采用改良過(guò)的Harvard架構(gòu)，雙MAC，筆者推測(cè)是DSP結(jié)構(gòu)。Intel非常自信地報(bào)出了其價(jià)格：1萬(wàn)塊批量采購(gòu)價(jià)約為35美元/塊。盡管目前未見(jiàn)到有基于該處理器的手機(jī)上市，但I(xiàn)ntel發(fā)言人稱(chēng)國(guó)內(nèi)企業(yè)正在緊鑼密鼓地研制這類(lèi)手機(jī)。

　　為了滿足手機(jī)對(duì)視頻流等多媒體的需要，今年4月12日，Intel在京又隆重發(fā)布了基于Xscale技術(shù)的全新系列處理器——PXA27x，可賦予手機(jī)或其他手持設(shè)備多種無(wú)線寬帶接入能力及全動(dòng)態(tài)視頻能力，同時(shí)為PDA帶來(lái)DVD畫(huà)質(zhì)的視頻播放能力。因此，該產(chǎn)品定位于新一代蜂窩電話和無(wú)線PDA處理器。

　　PXA27x系列集成了Intel無(wú)線MMX技術(shù)，可提供額外的性能來(lái)支持3D游戲和高級(jí)視頻，同時(shí)延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。新芯片還可利用無(wú)線SpeedStep低功耗技術(shù)，通過(guò)智能管理電壓和頻率變化，實(shí)現(xiàn)節(jié)省高達(dá)55%的功耗。為了幫助提高可拍照手機(jī)的能力和質(zhì)量，還集成了Intel快速捕捉技術(shù)，從而使相機(jī)達(dá)到4M或更多M像素，以實(shí)現(xiàn)捕獲數(shù)字圖像、視頻和實(shí)時(shí)預(yù)覽的應(yīng)用。

　　Intel同時(shí)還發(fā)布了該處理器的配套芯片—2700G多媒體加速器，提供DVD視頻播放，同時(shí)支持多種格式的視頻多媒體內(nèi)容。

　　至此，手機(jī)用基帶處理器、應(yīng)用處理器、多媒體加速器Intel全具備了。Intel對(duì)PXA27x處理器的報(bào)價(jià)是：1萬(wàn)塊為32美元/塊左右，2700G多媒體加速器為17美元/塊。

　　Intel憑借著在PC領(lǐng)域的人緣，拉來(lái)了一批試圖從PC世界向消費(fèi)領(lǐng)域進(jìn)軍的廠商來(lái)支持，在4月12日的新聞發(fā)布會(huì)上，甚至還請(qǐng)來(lái)了國(guó)內(nèi)著名電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商、內(nèi)容提供商等捧場(chǎng)參與。

Cradle：性能可擴(kuò)展

　　除了手機(jī)，在視頻流應(yīng)用市場(chǎng)，不得不提到一家有趣的小公司——Cradle及其發(fā)明。在今年2月美國(guó)的Electronic Summit2004會(huì)議上，美國(guó)Cradle公司介紹了滿足視頻通信的多處理器DSP解決方案，語(yǔ)出驚人，號(hào)稱(chēng)做出了第三代處理器架構(gòu)。

　　“第一代DSP是無(wú)VLIW（超長(zhǎng)指令字)的DSP，主要是16/32位產(chǎn)品，例如TI的C54,C55系列；第二代是VLIW產(chǎn)品，主要是128/256位產(chǎn)品，例如TI的C62，C64系列?！盋radle行銷(xiāo)部高級(jí)副總裁Chuck Fox先生說(shuō)。而第三代DSP架構(gòu)采用無(wú)VLIW編程法，卻可實(shí)現(xiàn)VLIW才能達(dá)到的復(fù)雜性。

　　為了滿足視頻流需要強(qiáng)大的運(yùn)算與處理能力，Cradle公司CT3400多處理器DSP由兩部分組成(圖2)：計(jì)算子系統(tǒng)中有8個(gè)260MHz DSP，4個(gè)260MHz CPU；可編程的I/O子系統(tǒng)有2個(gè)260MHz CPU，128個(gè)可編程的I/O。

　　Cradle產(chǎn)品的設(shè)計(jì)解決方案除了多處理器，還有軟IP和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。CT3400是該公司的第一款產(chǎn)品，價(jià)格低于50美元/塊，未來(lái)將向兩個(gè)分支領(lǐng)域發(fā)展：CPU數(shù)目減少同時(shí)功耗更低；或DSP和CPU數(shù)目增加，高性能或大量產(chǎn)品需要?！?BR>