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32位处理器可以多便宜?

Robert Cravotta?? EDN技术编辑?? 2010年04月30日 ?? 收藏0

  随着32位处理器方案的价格接近于8位处理器,8位处理器市场会有变化吗?

  要点

?比以往更多的处理器供应商在同时提供8位、16位和32位处理器。
?低端32位处理器产品的扩张给出了嵌入处理市场的一个转折点。
?虽然一个基准测试会尝试覆盖不同大小架构之间的差异,但仍然需要了解其目标,以确保做了合适的基准测试。
?在32位处理器可以满足价格与能耗界限以前,8位与16位处理器还有很多年的生存机会。

  根据摩尔定律,每两年,相同面积上的晶体管数量会翻倍。这一残酷的理论是那些预测32位处理器将替代8位处理器的人们的支点。争论开始于这样一个事实,即当晶体管尺度持续缩小时,与芯片上的其它资源相比,8位与32位处理器内核之间相对的尺英寸差异接近于零(图1)。当8位与32位内核的硅片面积差缩小到没有时,8位处理器就失去了曾经享有的价格优势。

随着晶体管尺英寸的不断缩小

  图1,随着晶体管尺英寸的不断缩小,不同处理器架构的相关面积正在成为整个器件封装中更小的部分。M0内核的面积(黑框内)包含大约16000个门。绿框表示双时钟的8051内核的面积,它包含调试功能,大约有1

1000个门。M0包括了调试以及一个类似的中断控制器。采用的工艺是0.14 nm结点(恩智浦公司提供)。

  在2004年,32位处理器达到了一个价格里程碑,其时飞利浦(现在的恩智浦公司)与Atmel提供的8位性能(如独立位元操作与低电压检测电路)ARM7处理器价格低至3美元。不过,提供一款低价处理器并未改变这个进化的过程;当设计者选择处理器时,他还要考虑到其它因素。虽然价格点使32位处理器进入了一组新应用的考虑范围,但并不意味着8位处理器市场的完结(参考文献1)。

  2006年,Luminary Micro公司(即现在并入德州仪器公司)用一种32位 ARM Cortex-M3微控制器打开了业务的大门,它的售价不到1美元。以这个价格,甚至16位处理器都真正感到了一些压力。再次,价格成为较小处理器的唯一优势。与8位处理器相类似,16位处理器拥有一类应用,它们能以最佳的价格与功耗水平,提供足够的性能,因此通用的32位架构很难与之竞争(参考文献2)。

  2009年底时,恩智浦公司推出了一款售价为65美分的ARM Cortex-M0处理器。这个价格使该器件能够与8位处理器平等地竞争。8位处理器公开的最低价格信息是每只器件从45美分到10美元(参考文献3)。正如人们所预期的那样,32位与8位处理器之间的定价差异正在趋向于零。

  不过,有些东西让Cortex-M0这个新的定价里程碑更加有趣,并且值得深思。Cortex-M0已代替了Cortex-M3,是迄今为止ARM的最小、功耗最低、能效最高的32位处理器,而M3显然是M0的迁移目标。设计者可以用少至12000个门实现M0内核。于是,M0实现了一个16位Thumb2指令集架构的相当小的子集,而M3则对该指令集提供完全的支持(图2)。ARM根据对最常用Thumb2指令的统计频率而提出了这个子集。受限指令集的功能损失是:系统必须用多个指令来完成Thumb2完整指令集中只要单指令就能完成的功能。

Cortex-M0实现了Cotex-M3 Thumb2指令集架构的一个子集(恩智浦公司提供)。

  图2,Cortex-M0实现了Cotex-M3 Thumb2指令集架构的一个子集(恩智浦公司提供)。

  恩智浦公司称它M0处理器的代码密度优于市场上的8位和16位处理器。代码密度是处理性能的一个不精确指标;同一功能的较少代码可能表明有较少的内存预取,以及对同一任务的更快执行。它亦能松散地关联为系统在睡眠与活动模式之间转换时的较低能量预算。较快的系统可能消耗更多功率,但它完成相同任务需要的能量也较少,因为较快的处理器可以更快地回到睡眠状态。因此对于M0和较小处理器还有一些技术问题需要研究。

  转折点?

  研究32位处理器能有多便宜的另一个原因是ARM称,在该公司所有处理器内核中,Cortex-M0被采用的速度最快。ARM还称在其M0许可中,一半是新的许可,强烈地暗示这些供应商过去是服务于8位和16位应用领域。一份至少有15个许可的列表中,公开列出的的获许可者仅有恩智浦、Triad半导体公司及Melfas公司,因此很难得出任何结论。不过,考虑到ARM的声明,Cortex-M0可能跨越了一个关键阈值点,很多新许可的采纳可能昭示着8位、16位和低端32位应用市场上的一个转折点。

  除了处理器供应商推出较小和更低价的32位处理器以外,一些传统的8位和16位处理器供应商也推出了自己的32位产品。Microchip公司于2007年在自己的650 PIC处理器产品系列中增加了基于MIPS的32位 PIC32处理器。PIC32采用了与8位和16位器件相同的开发工具集,以Explorer 16平台主控管理


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8位处理器? 16位处理器? 32位处理器?

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