處理器核心大戰(zhàn)2010年即將打響

ARM日前發(fā)布一款全新A5核心，旨在強(qiáng)化其高端移動(dòng)與嵌入式處理器產(chǎn)品線。此舉反映出ARM正嘗式多角化發(fā)展，以因應(yīng)其新舊競爭對(duì)手與更多商機(jī)。此外，ARM還將藉此次移動(dòng)強(qiáng)化其在繪圖領(lǐng)域的地位、延伸微處理器的進(jìn)展，同時(shí)在朝FPGA領(lǐng)域拓展的新方向中取得更進(jìn)一步的發(fā)展。

開發(fā)代號(hào)為Sparrow的A5核心，是Cortex家族的入門級(jí)新成員。它可在軟件完全兼容的條件下，讓采用ARM926EJ-S與ARM11核心的用戶直接升級(jí)。

對(duì)ARM來說，現(xiàn)在是調(diào)整其產(chǎn)品線的最佳時(shí)機(jī)。預(yù)計(jì)在明年的ARM大會(huì)舉行之際，英特爾(Intel)公司將會(huì)出樣其Atom處理器的32nm版本，首次正面向ARM在移動(dòng)裝置市場的地位發(fā)出挑戰(zhàn)。

ARM目前擁有約98%的手機(jī)市場。“有人告訴我每支移動(dòng)電話大約使用了2.5顆處理器，我也認(rèn)同這樣的看法。”Forward Concepts公司市場分析師Will Strauss表示。

包括Marvell公司的Armada、Nvidia公司的Tegra、高通(Qualcomm)公司的Snapdragon與德州儀器(TI)的OMAP 等產(chǎn)品均采用了基于ARM處理器的設(shè)計(jì)，可望使ARM的動(dòng)能超越手機(jī)市場，進(jìn)一步推展至筆記型計(jì)算機(jī)與其它移動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域。但英特爾這家全球芯片制造業(yè)的巨擘也以其Atom的現(xiàn)有與未來版本，積極主導(dǎo)筆記型計(jì)算機(jī)，并在PC以外切入高成長的智能手機(jī)市場。

盡管在任何英特爾Atom芯片的性能與功耗挑戰(zhàn)下，Cortex A5仍能持續(xù)其成長地位。顯然地，針對(duì)入式系統(tǒng)應(yīng)用，在ARM M系列以上的產(chǎn)品線一直能夠在更廣泛的微處理器市場中持續(xù)獲得成長動(dòng)能。

Cortex A5基本上是A8/9核心的簡化版。ARM采取了可依每頻率周期發(fā)送多重指令的超純量管線處理能力，并加以微調(diào)至單一管線性能，使其可依序處理每頻率周期單一指令。

然而，A5擁有的動(dòng)態(tài)分支預(yù)測能力，使擁有優(yōu)于ARM9的更佳效能。ARM公司A5產(chǎn)品經(jīng)理Travis Lanier指出，它還具有一種可在有限分支架下支持兩個(gè)指令集的性能。

ARM在A5核心系列中簡化Cortex管線設(shè)計(jì)

A5采用了低功耗40nm工藝，預(yù)期可執(zhí)行高達(dá)500MHz的數(shù)據(jù)傳輸速率，每1MHz消耗0.12mW功率，可實(shí)現(xiàn)1.57 Dhrystone MIPS性能。在采用通用工藝技術(shù)時(shí)，其數(shù)據(jù)率還可加速一倍，不過，這并不是該芯片的主要目標(biāo)。

A5核心的尺寸僅有ARM11系列的2/3，但性能卻高出20%；此外，比ARM9尺寸更小的A5也可實(shí)現(xiàn)高出80%的性能。

A5核心共享了Cortex A8與A9的許多技術(shù)優(yōu)勢，這更是舊款A(yù)RM核心所欠缺的。例如，A5可支持ARM的Neon SIMD指令集，以實(shí)現(xiàn)多媒體加速與其TrustZone安全功能。

新款核心也支持ARM的64位AXI總線。然而，除了一些新模塊需要使用更高性能以外，目前許多芯片制造商希望能繼續(xù)在32位總線上使用現(xiàn)有外圍。

A5也可利用ARM的MCore技術(shù)建置于4核心處理上。ARM宣稱，采用這樣的設(shè)計(jì)，將可執(zhí)行于GHz級(jí)的速率，每MHz達(dá)到8.5 CoreMarks。

ARM仍處于最佳化A5核心的最后開發(fā)階段，至少要到明年切才可能從晶圓廠中完成測試芯片。該公司認(rèn)為，目前已有三家公司取得A5授權(quán)，包括愛特梅爾(Atmel)公司。

根據(jù)《EETimes》所取得的資料，Atmel即將在2010年下半年發(fā)布一款采用A5核心的單芯片。該芯片采用65nm工藝，在667MHz速率下可實(shí)現(xiàn)1,000 Dhrystone MIPS性能。該處理器并兼容于Atmel現(xiàn)有的ARM926芯片，還可能支持兩款基于DMA的DDR2內(nèi)存信道，并采用結(jié)合AXI與AHB的總線。他們將針對(duì)工業(yè)、醫(yī)療與零售市場發(fā)布采用該核心的MIPS、PowerPC與x86處理器產(chǎn)品。

相較于ARM926EJ-S擁有超過100家授權(quán)廠商，以及40家以上的ARM1176JZ授權(quán)，A5目前看來還有很大成長空間。但該核心目前還處于發(fā)展的早期；因此，考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開發(fā)時(shí)程，大部份采用該核心的芯片可能要到2011年才會(huì)開始出貨。

“該公司試圖推動(dòng)廠商采用Cortex產(chǎn)品線，它具有舊核心所欠缺的全新性能。” Microprocessor Report的資深編輯Tom Halfhill表示，“ARM11大約已推出5年了，而926也已將近9年了──即使是用于嵌入式處理器，也已經(jīng)過時(shí)了。”

“在某種程度上而言，這將可協(xié)助ARM捍衛(wèi)其市場，免于英特爾與其它廠商的侵蝕，”Halfhill added補(bǔ)充道，“Atom雖然遠(yuǎn)落于后，但英特爾正積極朝此方向發(fā)展，”特別是該公司在今年三月與臺(tái)積電(TSMC)簽署協(xié)議，由臺(tái)積電制造Atom核心。

此外，ARM還將在此次大會(huì)上鼓吹支持其新近推出的Mali繪圖加速器核心，并與FPGA巨擘賽靈思(Xilinx)結(jié)盟。

ARM為此發(fā)表了一個(gè)可為Mali開發(fā)人員提供支持的網(wǎng)站，ARM公司Mali開發(fā)網(wǎng)站經(jīng)理Elan Lennard并宣布在未來幾個(gè)月，將可自該網(wǎng)站取得針對(duì)Mali所提供的兩款第三方開發(fā)板工具。

“用戶對(duì)于更大尺寸顯示器與更好的接口與游戲的需求，推動(dòng)了對(duì)于Mali授權(quán)的快速成長，”Lenard說，新的網(wǎng)站“為不一定來自授權(quán)廠商的應(yīng)用程序開發(fā)人員，提供了開發(fā)所需的工具與文件，”其中包括免費(fèi)的工具、庫與仿真器。

ARM與合作伙伴們展示超過15項(xiàng)的用戶接口與其它執(zhí)行于Mali的應(yīng)用，包括一款明導(dǎo)公司(Mentor Graphics)的汽車儀表板。“針對(duì)汽車的用戶接口必須具有實(shí)時(shí)的反饋，從低階到高端的各種汽車中，都可看到對(duì)此應(yīng)用的興趣與需要，”她說。

基于Mali的芯片才剛導(dǎo)入市場，而這一市場多年來都由許多其它公司主導(dǎo)嵌入式繪圖核心。

LG電子與其它公司現(xiàn)正出貨可兼容于OpenGL ES 1.1標(biāo)準(zhǔn)的第一代Mali 55。目前ARM可提供針對(duì)Mali 200的硬件開發(fā)平臺(tái)，以及一個(gè)針對(duì)Mali 400核心的硬件開發(fā)平臺(tái)，它可支持目前的OpenGL ES 2.0規(guī)格。

Mali 200核心將可實(shí)現(xiàn)每秒1,600萬次三角形的處理性能。采用65nm工藝的Mali 400在16mm2尺寸的4核心設(shè)計(jì)時(shí)，幾乎可實(shí)現(xiàn)較Mali 200更高1倍達(dá)每秒3,000萬次三角形的處理性能，并可支持1080p視訊。

ARM朝FPGA領(lǐng)域延伸的舉動(dòng)仍處于未成熟的早期階段，但可能帶來顯著影響。不過，該公司并未披露稍早前與賽靈思共同開發(fā)的合作計(jì)劃細(xì)節(jié)。

這項(xiàng)合作計(jì)劃可能深具重要意義。它可使ARM核心延伸到更廣泛的范圍，包括共同開發(fā)未來的ARM總線技術(shù)，以及融合處理器核心與FPGA的新興SoC開發(fā)途徑。

ARM 與Xilinx的合作也對(duì)Xilinx目前使用PowerPC核心的未來帶來諸多問題。同時(shí)，它也與最近剛發(fā)布一項(xiàng)類似合作計(jì)劃的Altera與MIPS 公司之間，形成了一種競爭形態(tài)。大約在一年前，Arrow也曾宣布一項(xiàng)在Altera的FPGA中整合ARM核心的服務(wù)。

一些市場觀察家們?nèi)詫?duì)此合作關(guān)系存疑。Forward Concepts 公司的Strauss表示，由于Xilinx公司本身擁有其MicroBlaze核心，PowerPC從未在其FPGA中獲得什么吸引力。而嵌入式開發(fā)人員也比較喜歡采用C語言，而不是以類似VHDL的環(huán)境來開發(fā)FPGA。

但另一方面，ARM在該大會(huì)上宣稱合作計(jì)劃的進(jìn)展將為其更廣泛的微控制器市場鋪路。

例如，東芝(Toshiba)公司將宣布32位MCU采用80MHz ARM M3核心，瞄準(zhǔn)洗衣機(jī)、冰箱與空調(diào)等最高效能的馬達(dá)應(yīng)用。M370是東芝公司首款采用M3的5V器件，也是首款采用其硬件向量引擎的產(chǎn)品。

恩智浦(NXP)公司正準(zhǔn)備使用ARM M0核心，將觸角延伸至較低階的嵌入式系統(tǒng)，不過，首款器件要到今年稍晚才能出貨。基本上，NXP打算以8位和16位的ARM M0設(shè)計(jì)取代其逐漸淘汰的8051控制器系列。

此舉有助于使ARM核心所能裝載的器件量加倍成長，NXP公司微控制器產(chǎn)品線總經(jīng)理Geoff Lees表示。“我們一直在尋找一種能讓產(chǎn)品從一開始到結(jié)束都能采用ARM架構(gòu)的方式，”他補(bǔ)充道。

Strauss表示，此舉也正好發(fā)生在微控制器追隨DSP的腳步，從現(xiàn)有設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向采用SoC的設(shè)計(jì)趨勢之際。“整個(gè)微處理器世界幾乎都采用了SoC，而不再使用現(xiàn)成器件來設(shè)計(jì)了。”他說。

Semico Research公司的Tony Massimini表示，在這一領(lǐng)域中，ARM仍算是一家小規(guī)模的現(xiàn)有廠商，在微處理器的市占率大為25%。不過，也有的說法指出其市占率僅有個(gè)位數(shù)。

ARM 擁有十家獲此微處理器授權(quán)的廠商，其中以德州儀器(TI)因在今年五月收購Liminary而擁有最多授權(quán)，其次依序是意法 (STMicroelectronics)、Atmel、NXP、Oki與三星電子(Samsung)。他們并與幾家擁有自有架構(gòu)的大型微控制器廠商相互競爭，如瑞薩(Renesas)、NEC、飛思卡爾(Freescale)、英飛凌(Infineon)與Microchip等公司。

該市場的價(jià)格競爭相當(dāng)激烈，而且在瑞薩科技與NEC等一些重量級(jí)廠商準(zhǔn)備合并后，預(yù)期這一競爭將更為加劇，Massimini指出。好消息是這一市場可望自全球不景氣的陰霾中快速復(fù)蘇。

Semico預(yù)測，微控制器市場歷經(jīng)2009年衰退達(dá)15.6%之后，明年可望看到14.9%的成長。32位市場是恢復(fù)力道最強(qiáng)的領(lǐng)域，從2009年衰退6.5%后，明年可望見到30.3%的成長率。

“今年我首度看到了32位微控制器出現(xiàn)衰退。”Massimini說。

另一位市場觀察家預(yù)測，ARM可望在2011年時(shí)超越PowerPC與x86，一躍成為32位微控制器架構(gòu)的主導(dǎo)廠商。