應用處理器浮出水面

2004年5月A版

　　多年來，DSP最擅長的是數字信號處理，分通用與專用。專用滿足特定市場的大量需要，如DVD芯片等。現在通用DSP在結構上也不那么單一了，例如，通用DSP中嵌入RISC內核及各種功能、接口，出現了滿足數碼相機與音頻、視頻流的流媒體處理器；DSP與MCU融合，誕生了DSC（數字信號控制器)，滿足電機等既需要實時控制又需要中等速度處理的應用。

　　近兩、三年來，應用處理器隨著手機的升溫而熱起來。應用處理器不再強調其是DSP、CPU還是MCU，更關心的是處理器能滿足哪類應用。在應用處理器中，當然要數手機用處理器最眩最亮了，處理器往往為雙核結構，有的還是三核，外加各種音視頻、圖像加速器，功耗更低，價格也能被接受，使手機又像電腦，又似電視，又是相機，又能導航，真正成了散發無窮魅力的小精靈。為了實現這一夢想，一些芯片巨頭憑著在處理器方面的設計實力與前沿的制造工藝，在這“小手機/大市場”的領域劈波斬浪、激流勇進。

TI：OMAP 2性能高

　　為了開辟手機芯片市場，TI專門成立了平行于DSP組的無線芯片組，下設OMAP分部，專門為手機開發處理器。去年TI推出了OMAP 1應用處理器，主要針對語音通信，其中一款三核結構產品集成了modem(調制/解調器)與ARM9內核，而modem中有ARM7+TI C55DSP。OMAP 1已大量應用于Nokia手機之中。

　　今年2月，該公司又面向高端智能市場推出了OMAP2，可以支持3D游戲、4百多萬像素相機、數碼攝像機、TV等功能。4月1日，該公司全球芯片組市場銷售總監Tom Pollard先生向記者介紹了OMAP 2。OMAP2采用了獨特的模塊化的多引擎結構：利用了ARM11的微架構，速度達到330MHz~1GHz，并集成了modem部分，而modem部分里面有ARM11+C55內核，因此OMAP2為一款高性能的三處理器結構產品。

　　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，使之能完成高品質的多媒體功能。

　　當記者問到為何立即把modem集成在OMAP2中時，Pollard回答是：“一般市場是從高端開始開發的，客戶需要單獨的應用處理器來開發高檔的產品，之后大家追求成本更為降低的版本。”因此OMAP 2下一步會發售ARM11+C55的單獨modem芯片。

　　OMAP1已被TI的老搭檔Nokia等公司大量采用。憑借OMAP應用處理器在市場上的成功，TI試圖把戰火曼延到高通公司壟斷的CDMA市場。去年底，TI與STM聯合開發標準cdma2000 1xEV-DV芯片組解決方案。

　　與TI把基帶(含modem)與應用處理器集成在一起的方式不同，大多數手機芯片廠商的方案仍然是把基帶和普通應用處理器功能分開的，Agere公司更分成了三個獨立的處理區域：通信軟件處理器、應用處理器以及基帶處理器(見本刊04年2月上半月88頁報道)。主張分開也有充分的理由：這樣避免了與通信模塊的資源沖突。但公說公有理，婆說婆有理，很難決定，只能從芯片性能進行分析了。

瑞薩處理器：功耗省

　　日本Renesas（瑞薩)公司在今年3月IIC展會期間也介紹了其應用于下一代移動電話設計的應用處理器理念。其應用處理器是與基帶處理器分離的專用處理器，主要實現高級處理應用程序。因此“現有手機+應用處理器”，就可開發出高端手機。與基帶處理器分離的原因是必須處理網絡信號，繁重的程序下載會大大影響了基帶的性能。所以分離后可簡化項目的開發，有助于縮短產品的上市的時間。

　　瑞薩的應用處理器是DSP+CPU的雙核結構，為了降低功耗，瑞薩采用了電源切斷功能(如圖1），平時Vcc驅動子系統工作，Vcc主系統被切斷，這樣達到了超低功耗節電模式，待機狀態只消耗約10μA的電流。

Intel：PXA系列價格廉

　　在CPU與閃存市場稱雄的Intel，去年2月也以“單芯片無線互聯網”技術的口號，用PXA800F手機處理器向手機市場進軍。這是一款基帶處理器，針對語音通信和互聯網接入功能，內部集成了主頻為312MHz的Intel Xscale處理器，并含片上閃存和SRAM。此外，還有一個采用Intel微信號架構的104MHz信號處理器，該微架構中也帶有片上集成閃存和SRAM，面向GSM/GPRS。其中，微信號架構采用改良過的Harvard架構，雙MAC，筆者推測是DSP結構。Intel非常自信地報出了其價格：1萬塊批量采購價約為35美元/塊。盡管目前未見到有基于該處理器的手機上市，但Intel發言人稱國內企業正在緊鑼密鼓地研制這類手機。

　　為了滿足手機對視頻流等多媒體的需要，今年4月12日，Intel在京又隆重發布了基于Xscale技術的全新系列處理器——PXA27x，可賦予手機或其他手持設備多種無線寬帶接入能力及全動態視頻能力，同時為PDA帶來DVD畫質的視頻播放能力。因此，該產品定位于新一代蜂窩電話和無線PDA處理器。

　　PXA27x系列集成了Intel無線MMX技術，可提供額外的性能來支持3D游戲和高級視頻，同時延長電池使用時間。新芯片還可利用無線SpeedStep低功耗技術，通過智能管理電壓和頻率變化，實現節省高達55%的功耗。為了幫助提高可拍照手機的能力和質量，還集成了Intel快速捕捉技術，從而使相機達到4M或更多M像素，以實現捕獲數字圖像、視頻和實時預覽的應用。

　　Intel同時還發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，同時支持多種格式的視頻多媒體內容。

　　至此，手機用基帶處理器、應用處理器、多媒體加速器Intel全具備了。Intel對PXA27x處理器的報價是：1萬塊為32美元/塊左右，2700G多媒體加速器為17美元/塊。

　　Intel憑借著在PC領域的人緣，拉來了一批試圖從PC世界向消費領域進軍的廠商來支持，在4月12日的新聞發布會上，甚至還請來了國內著名電信運營商、設備制造商、內容提供商等捧場參與。

Cradle：性能可擴展

　　除了手機，在視頻流應用市場，不得不提到一家有趣的小公司——Cradle及其發明。在今年2月美國的Electronic Summit2004會議上，美國Cradle公司介紹了滿足視頻通信的多處理器DSP解決方案，語出驚人，號稱做出了第三代處理器架構。

　　“第一代DSP是無VLIW（超長指令字)的DSP，主要是16/32位產品，例如TI的C54,C55系列；第二代是VLIW產品，主要是128/256位產品，例如TI的C62，C64系列。”Cradle行銷部高級副總裁Chuck Fox先生說。而第三代DSP架構采用無VLIW編程法，卻可實現VLIW才能達到的復雜性。

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

　　Cradle產品的設計解決方案除了多處理器，還有軟IP和開發系統。CT3400是該公司的第一款產品，價格低于50美元/塊，未來將向兩個分支領域發展：CPU數目減少同時功耗更低；或DSP和CPU數目增加，高性能或大量產品需要。■