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新竞争力—ARM Cortex-A9处理器

类别:嵌入式系统

处理器知识产权许可商ARMHoldingsplc已经成功开发出双内核Cortex-A9处理器设计(被称为Osprey)的两个实现。

Cortex-A9处理器能与其他Cortex系列处理器以及广受欢迎的ARM MPCore技术兼容,因此能够很好延用包括操作系统/实时操作系统(OS/RTOS)、中间件及应用在内的丰富生态系统,从而减少采用全新处理器所需的成本。通过首次利用关键微体系架构方面的改进,Cortex-A9 处理器提供了具有高扩展性和高功耗效率的解决方案。利用动态长度、八级超标量结构、多事件管道及推断性乱序执行( Speculative out-of-order execution),它能在频率超过1GHz的设备中,在每个循环中执行多达四条指令,同时还能减少目前主流八级处理器的成本并提高效率。

Osprey至少在Intel改变其制造工艺之前会是Atom的有力竞争对手。它采用硬宏的形式,设计使用台湾台积电(TSMC)的40G40nm制造工艺技术制造。

Osprey硬宏分别针对功耗和性能作了优化,而针对性能的优化使得ARM处理器完全进入了高性能应用竞争领域。

“Osprey的目标除了性能还是性能。”ARM公司处理器事业部营销副总裁EricSchorn表示,“我们正在开拓新的市场,比如上网本(netbook)、智能本(smartbook)、移动互联网设备(MID)、电视和娱乐设备中的消费电子以及企业连网设备(比如打印机之类)。”

Osprey本身就是一个双内核处理器,但没有人能阻止许可获得方在裸片上放置多个内核,Schorn指出。虽然ARM仍在等待台积电公司生产出完整测试的芯片,这将在今年第四季度完成,但前面提到的两个设计已经可以用于许可,其IP可以在2009年第4季度发货。

针对速度优化的实现适用于企业服务器、网络设备、打印机和其它要求时钟频率高达甚至超过2GHz的峰值性能应用。这种内核占用6.7平方毫米的硅片面积,在2GHz时钟频率下可以提供10000DMIPS运算能力,功耗约为1.9瓦。

针对功耗优化的实现适用于移动计算设备、智能电脑和要求800MHZ到1GHz以上时钟频率的其它消费电子设备。它占用4.9平方毫米的裸片面积,在800MHz时钟频率时可以提供4000DMIPS运算能力,功耗0.5瓦。这两种实现都将采用台积电的40G工艺,并支持低漏电GL工艺选项。

上述设计包含一个固定大小的一级缓存,容量是32kB指令和32kB数据,另外还有一个二级缓存控制器,支持128kB到8MB的二级缓存空间。

Schorn声称,通过等效性比较,Osprey的规模在Intel公司采用类似40/45nm工艺技术生产的Atom处理器的1/3至1/4之间。ARM的Osprey还通过了嵌入式微处理器基准联盟的Coremark基准测试。

RM介绍,这两个实现的性能都超过了工作在1.6GHz的AtomN270。针对功耗优化的实现可以在800MHz时钟频率时做到这一点,而针对速度优化的版本虽然工作在2GHz,但性能超出达2.5倍。

这个双内核设计中的每个内核都包含支持图像和多媒体处理的NeonSIMD引擎和浮点处理单元。“事实上,网络处理并不是Neon或浮点单元的强项。但当你使用硬宏时你必须作出一些艰难的选择。不过它具有经硅片验证和实现了的优势。”Schorn表示。

ARM推出这样的硬宏已经有段时间了,最早可以追溯到ARM922和ARM926。“ARM926具有一个可配置的缓存,并且越来越多地使用代工业务。这些代工厂自己提供低功耗、通用和高性能的多种工艺节点,因此目标数量有所增加。”Schorn表示,“但正像我们现在看到的那样,节点变化在减少,缩短硬宏生命期的目标数量又在增加。我们希望一次工程能实现多次许可。”

Cortex-A9的最早采纳者、ARM公司的半导体合作伙伴已经用低功耗工艺实现了这种处理器内核,Schorn指出。“许多合作伙伴使用低功耗工艺,因此我们不准备重复我们的合作伙伴已经做过的工作。低功耗与无线通信很有关系。这种高性能内核另辟溪径,功效可达Atom的4至5倍。”Schorn表示。

Osprey硬宏不包含图形处理器,但有趣的是将要出带的测试芯片包含。“在双Osprey测试芯片上集成了MALI-400多媒体处理器和MALI-VE视频引擎。”Schorn透露。

同样,Osprey内核不包含Intrinsity公司的Fast14技术,但这种技术被三星公司用于时钟频率1GHz以上的Cortex-A8处理器的实现。“Intrinsity公司的这种Fast14技术非常神奇,已被应用于Cortex-A8,但Osprey实现没有采用。不过未来肯定不会弃之不用的。”

Osprey确实包含了其它ARM低功耗处理器设计中使用的时钟选通和低功耗设计技术。如果管线中没有指令,主处理单元是不消耗功率的。设计还使用了6个独立的电源岛以管理性能不作要求时的漏电功率。整个管线可以被关闭,同时SRAM数据保持不变,以实现可能的即时加载。缓存侦测单元和二级缓存控制器单元也能被独立控制。

Schorn最后总结道:“这与过去的工作已经有天壤之别。通过与合作伙伴的优势互补,可进一步扩展ARM架构的应用范围。”

关于ARM公司

ARM(ADVANCED RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域,比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

ARM公司是苹果、Acorn、VLSI、TECHNOLOGY等公司的合资企业。ARM将其技术授权给世界上许多着名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的ARM公司(6张)都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系,ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。目前,总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议,其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、飞利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人,则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。