主流移动芯片盘点 架构与制程决定成败

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所属分类:移动应用

CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范,主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。目前市面上的CPU指令集分类主要分有两大阵营,一个是intel、AMD为首的复杂指令集CPU,另一个是以IBM、ARM为首的精简指令集CPU。两个不同品牌的CPU,其产品的架构也不相同,例如,Intel、AMD的CPU是X86架构的,而IBM公司的CPU是PowerPC架构,ARM公司是ARM架构。

主流移动芯片盘点 架构与制程决定成败
CPU架构主要有:X86/Atom、ARM、MIPS等等

1)X86则是基于复杂指令集(CISC,Complex Instruction Set Computer)的架构,Atom是x86或者是x86指令集的精简版。

其中,ARM在智能手机、平板上一枝独秀。

2)ARM/MIPS/PowerPC均是基于精简指令集(RISC,Reduced Instruction Set Computing)机器处理器的架构;

Android在支持各种处理器的现状:

1)ARM+Android 最早发展、完善的支持,主要在手机市场、上网本、智能等市场;
2)X86+Android 有比较完善的发展。有atom+Android的上网本,且支持Atom+Android 和 Atom+Window7双系统;
3)MIPS+Android 目前在移植、完善过程中;
4)Powpc+Android 目前在移植、完善过程中。

x86系列/Atom处理器

xx86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。

x86架构是重要地可变指令长度的CISC(复杂指令集电脑,Complex Instruction Set Computer)。

Intel Atom是Intel的一个超低电压处理器系列。处理器采用45纳米工艺制造,集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB,支持SSE3指令集,和VT虚拟化技术(部份型号)。

ARM系列

ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于移动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。

在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,计算机)到电脑外设(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品,重要产品还包括Marvell 的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

优势:价格低;能耗低

ARM 授权方式:ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ,而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款,包括售价与散播性等项目。对于授权方来说,ARM 提供了 ARM 内核的整合硬件叙述,包含完整的软件开发工具(编译器、debugger、SDK),以及针对内含 ARM CPU 硅芯片的销售权。对于无晶圆厂的授权方来说,其希望能将 ARM 内核整合到他们自行研发的芯片设计中,通常就仅针对取得一份生产就绪的智财核心技术(IP Core)认证。

对这些客户来说,ARM 会释出所选的 ARM 核心的闸极电路图,连同抽象模拟模型和测试程式,以协助设计整合和验证。需求更多的客户,包括整合元件制造商(IDM)和晶圆厂家,就选择可合成的RTL(暂存器转移层级,如 Verilog)形式来取得处理器的智财权(IP)。借着可整合的 RTL,客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标(如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等)而不会受限于无法更动的电路图。虽然 ARM 并不授予授权方再次出售 ARM 架构本身,但授权方可以任意地出售制品(如芯片元件、评估板、完整系统等)。商用晶圆厂是特殊例子,因为他们不仅授予能出售包含 ARM 内核的硅晶成品,对其它客户来讲,他们通常也保留重制 ARM 内核的权利。

生产厂商:TI (德州仪器),Samsung(三星),Freescale,Marvell,Nvidia(英伟达)等等。

MIPS系列

MIPS(Microprocessor without interlocked piped stages,“无内部互锁流水级的微处理器”),是世界上很流行的一种精简指令集RISC处理器,其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。

MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司,它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比,RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一,新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并增加了许多更强大的功能。MIPS自己只进行CPU的设计,之后把设计方案授权给客户,使得客户能够制造出高性能的CPU。

1984年,MIPS计算机公司成立,开始设计RISC处理器;
1986年推出R2000处理器。
1992年,SGI收购了MIPS计算机公司。
1988年推R3000处理器。
1991年推出第一款64位商用微处器R4000;之后又陆续推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。
1998年,MIPS脱离SGI,成为MIPS技术公司;随后,MIPS公司的战略发生变化,把重点放在嵌入式系统;1998年-MIPS科技股票在美国纳斯达克股票交易所公开上市。
1999年,MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准,为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了所有原来NIPS指令集,并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核(core)MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS64 5Kc。
2000年,MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。
2007年8月16日-MIPS科技宣布,中科院计算机研究所的龙芯中央处理器获得其处理器IP的全部专利和总线、指令集授权。
2007年12月20日-MIPS科技宣布,扬智科技已取得其针对先进多媒体所设计的可定制化系统单芯片(SoC)核心“MIPS32 24KEc Pro”授权。

PowerPC系列

PowerPC 是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM(国际商用机器公司)的IBM PowerPC 601 微处理器POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC;《IBM Connect 电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”)架构。

二十世纪九十年代,IBM(国际商用机器公司)、Apple(苹果公司)和Motorola(摩托罗拉)公司开发PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。

PowerPC 处理器有广泛的实现范围,包括从诸如 Power4 那样的高端服务器 CPU 到嵌入式 CPU 市场(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 处理器有非常强的嵌入式表现,因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了象串行和以太网控制器那样的集成 I/O,该嵌入式处理器与“台式机”CPU 存在非常显著的区别。

GPU英文全称Graphic Processing Unit,中文翻译为“图形处理器”。(图像处理单元)GPU是相对于CPU的一个概念。GPU是显卡的“心脏”,也就相当于CPU在电脑中的作用,它决定了该显卡的档次和大部分性能,同时也是2D显示卡和3D显示卡的区别依据。

高通的Adreno

作为屈指可数(如果不是唯一一个)可以自己改进ARM指令的移动处理器厂商,说高通是安卓阵营移动处理器一哥估计没人会反对,再加上高通的3G技术及基带上的优势,高通处理器绝对是近年来最热门的选择之一,顺带着也把高通的Adreno图形核心带火了。

跟ARM亲生的儿子Mali不同,高通的Adreno其实是领养的,Adreno原本是ATI旗下的移动GPU部门,当时叫做Imageon,主要为当时的掌上平台提供图形核心,2006年AMD收购了ATI,Imageon部分也进入了AMD公司。收购ATI之后AMD就进行了改组,Imageon部分很不幸地成为多余资产,最终在2008年末被高通以区区6500万美元的代价买走,现在就是高通的Adreno图形部门了。(不知道AMD看到现在的情况是否会后悔?)

ARM公司的Mali

RM公司不仅提供ARM处理器授权,他们也有一整套GPU授权方案——Mali。由于亲生的血缘关系,Mali在好爸爸ARM的帮助下也攻城掠地,很多不具备独立开发GPU技术的芯片供应商都直接使用了ARM处理器+Mali GPU的设计,比如三星、瑞芯微、展讯、意法半导体、全志等,其中三星和全志还是出货量大户,所以Mali GPU的份额和出货量可不低。

说到Mali的历史,ARM原本也是没有GPU授权的,此前他们也是使用Imagination的GPU核心,Mali其实是源于2006年收购的一家挪威特隆赫姆地区的移动GPU芯片厂商Falanx,ARM公司的Mali GPU开发中心也就落户在哪里,现在Mali已经变成了ARM的亲儿子了。

NVIDIA(主要是PC市场,移动市场也有)

现在最大的独立显卡生产销售商。

NVIDIA也同样销售固化在主板上的集成显卡,这些显卡随着主板一起发售,但是由于AMD兼并ATI后自身主板芯片能力提高,NV主板如日中天的景象已经失去了半壁江山。

Vivante的GCxx

与PowerVR、Mali、Adreno等明星相比,Vivante公司的GC系列GPU核心就不太为人熟知了,就连市场份额比它少的Tegra系列都比Vivante知名。去年让Vivante露一大脸的是华为旗下的海思K3V2,这颗号称“世界最快四核”的移动处理器在华为去年的Ascend D1四核、荣耀2四核以及今年初的Ascend D2、6.1寸超大屏的Mate上全面应用,其16核GPU实际上就源于Vivante的GC系列GPU。

Vivante其实还是挺有资本的,创立于2004年,创始人好像还是个华裔,他们专注于移动GPU市场,2010年的时候就有超过40家授权单位,主要客户有Marvell、飞思卡尔等,很多人不知道的是国内的瑞芯微电子的RK2918以及自主知识产权的国产明星“龙芯-2H”使用的也是Vivante的GPU核心。

AMD(ATI)(主要PC市场)

世界上第二大的独立显卡生产销售商,他的前身就是ATI。

他的显卡主要就是大家熟悉的HD系列。由于AMD兼并ATI后,其主板市场迅速扩大,已经夺取了NVIDIA在AMD处理器主板的半壁江山。就发售量和发售盈利方面,AMD显卡方面仍然略输于NVIDIA,不过两者不相伯仲。

Intel(主要是PC市场)

Intel不但是世界上最大的CPU生产销售商,也是世界最大的GPU生产销售商。Intel的GPU在现在完全是集成显卡,用于Intel的主板和Intel的笔记本。

现如今,在移动处理器市场中主要的厂家有:

出手不凡的大厂:苹果、高通、三星、英特尔
退出市场:TI、NVIDIA
国产厂商:华为海思、展讯、全志、瑞芯微、炬力
国产计算机处理器厂商:中科龙芯、申威、飞腾、中晟宏芯、兆芯、海光

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