處理器核心大戰2010年即將打響

ARM日前發布一款全新A5核心，旨在強化其高端移動與嵌入式處理器產品線。此舉反映出ARM正嘗式多角化發展，以因應其新舊競爭對手與更多商機。此外，ARM還將藉此次移動強化其在繪圖領域的地位、延伸微處理器的進展，同時在朝FPGA領域拓展的新方向中取得更進一步的發展。

開發代號為Sparrow的A5核心，是Cortex家族的入門級新成員。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。

對ARM來說，現在是調整其產品線的最佳時機。預計在明年的ARM大會舉行之際，英特爾(Intel)公司將會出樣其Atom處理器的32nm版本，首次正面向ARM在移動裝置市場的地位發出挑戰。

ARM目前擁有約98%的手機市場。“有人告訴我每支移動電話大約使用了2.5顆處理器，我也認同這樣的看法。”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 等產品均采用了基于ARM處理器的設計，可望使ARM的動能超越手機市場，進一步推展至筆記型計算機與其它移動系統領域。但英特爾這家全球芯片制造業的巨擘也以其Atom的現有與未來版本，積極主導筆記型計算機，并在PC以外切入高成長的智能手機市場。

盡管在任何英特爾Atom芯片的性能與功耗挑戰下，Cortex A5仍能持續其成長地位。顯然地，針對入式系統應用，在ARM M系列以上的產品線一直能夠在更廣泛的微處理器市場中持續獲得成長動能。

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送多重指令的超純量管線處理能力，并加以微調至單一管線性能，使其可依序處理每頻率周期單一指令。

然而，A5擁有的動態分支預測能力，使擁有優于ARM9的更佳效能。ARM公司A5產品經理Travis Lanier指出，它還具有一種可在有限分支架下支持兩個指令集的性能。

ARM在A5核心系列中簡化Cortex管線設計

A5采用了低功耗40nm工藝，預期可執行高達500MHz的數據傳輸速率，每1MHz消耗0.12mW功率，可實現1.57 Dhrystone MIPS性能。在采用通用工藝技術時，其數據率還可加速一倍，不過，這并不是該芯片的主要目標。

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也可實現高出80%的性能。

A5核心共享了Cortex A8與A9的許多技術優勢，這更是舊款ARM核心所欠缺的。例如，A5可支持ARM的Neon SIMD指令集，以實現多媒體加速與其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在32位總線上使用現有外圍。

A5也可利用ARM的MCore技術建置于4核心處理上。ARM宣稱，采用這樣的設計，將可執行于GHz級的速率，每MHz達到8.5 CoreMarks。

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

根據《EETimes》所取得的資料，Atmel即將在2010年下半年發布一款采用A5核心的單芯片。該芯片采用65nm工藝，在667MHz速率下可實現1,000 Dhrystone MIPS性能。該處理器并兼容于Atmel現有的ARM926芯片，還可能支持兩款基于DMA的DDR2內存信道，并采用結合AXI與AHB的總線。他們將針對工業、醫療與零售市場發布采用該核心的MIPS、PowerPC與x86處理器產品。

相較于ARM926EJ-S擁有超過100家授權廠商，以及40家以上的ARM1176JZ授權，A5目前看來還有很大成長空間。但該核心目前還處于發展的早期；因此，考慮產品設計的開發時程，大部份采用該核心的芯片可能要到2011年才會開始出貨。

“該公司試圖推動廠商采用Cortex產品線，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，也已經過時了。”

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

此外，ARM還將在此次大會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)結盟。

ARM為此發表了一個可為Mali開發人員提供支持的網站，ARM公司Mali開發網站經理Elan Lennard并宣布在未來幾個月，將可自該網站取得針對Mali所提供的兩款第三方開發板工具。

“用戶對于更大尺寸顯示器與更好的接口與游戲的需求，推動了對于Mali授權的快速成長，”Lenard說，新的網站“為不一定來自授權廠商的應用程序開發人員，提供了開發所需的工具與文件，”其中包括免費的工具、庫與仿真器。

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

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

LG電子與其它公司現正出貨可兼容于OpenGL ES 1.1標準的第一代Mali 55。目前ARM可提供針對Mali 200的硬件開發平臺，以及一個針對Mali 400核心的硬件開發平臺，它可支持目前的OpenGL ES 2.0規格。

Mali 200核心將可實現每秒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核心設計時，幾乎可實現較Mali 200更高1倍達每秒3,000萬次三角形的處理性能，并可支持1080p視訊。

ARM朝FPGA領域延伸的舉動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的合作計劃細節。

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

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

一些市場觀察家們仍對此合作關系存疑。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。而嵌入式開發人員也比較喜歡采用C語言，而不是以類似VHDL的環境來開發FPGA。

但另一方面，ARM在該大會上宣稱合作計劃的進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，瞄準洗衣機、冰箱與空調等最高效能的馬達應用。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品。

恩智浦(NXP)公司正準備使用ARM M0核心，將觸角延伸至較低階的嵌入式系統，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設計取代其逐漸淘汰的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公司微控制器產品線總經理Geoff Lees表示。“我們一直在尋找一種能讓產品從一開始到結束都能采用ARM架構的方式，”他補充道。

Strauss表示，此舉也正好發生在微控制器追隨DSP的腳步，從現有設計轉向采用SoC的設計趨勢之際。“整個微處理器世界幾乎都采用了SoC，而不再使用現成器件來設計了。”他說。

Semico Research公司的Tony Massimini表示，在這一領域中，ARM仍算是一家小規模的現有廠商，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位數。

ARM 擁有十家獲此微處理器授權的廠商，其中以德州儀器(TI)因在今年五月收購Liminary而擁有最多授權，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。

該市場的價格競爭相當激烈，而且在瑞薩科技與NEC等一些重量級廠商準備合并后，預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蘇。

Semico預測，微控制器市場歷經2009年衰退達15.6%之后，明年可望看到14.9%的成長。32位市場是恢復力道最強的領域，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位微控制器出現衰退。”Massimini說。

另一位市場觀察家預測，ARM可望在2011年時超越PowerPC與x86，一躍成為32位微控制器架構的主導廠商。