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(多图) ARM对搏英特尔:是RISC成功的谋略,还是CISC戏法的破灭?

Brian Dipert?? EDN高级技术编辑?? 2011年06月30日 ?? 收藏0

  最近,两家阵营都采取了行动,其中一方是ARM及其核心许可证持有者,另一方则是英特尔与x86 CPU竞争者,这个行动平息了有关双方冲突的任何疑问:ARM正在推广自己的RISC(精简指令集计算机)技术,而英特尔则依赖于CISC(复杂指令集计算机)方案。当英特尔三年前正式推出第一代Atom处理器系列时,曾明确表示,该产品不仅面向低端台式机和笔记本PC,还面向过去ARM一统天下的手持系统。为此,ARM不久以前发布了Cortex-A15核心,其应用目标扩展到了英特尔与AMD(先进微器件)公司长期统治的服务器领域。而在2011年1月份的CES(消费电子大展)上,微软公司宣布,打算使未来Windows 8的指令集同时兼容ARM和x86,在Wintel联盟的棺材上又钉了一颗钉子。

  自从ARM发布Version 7指令集以来,该公司将其产品线划分为三个部分:面向移动设备的高集成度Cortex-A应用处理器,用于传统成本敏感微控制器应用的Cortex-M处理器,以及针对深度嵌入实时应用的高性能Cortex-R处理器。手机、多媒体记录与播放设备,以及其它便携电子系统都有着庞大的产品交货量。另外再

考虑它们与英特尔架构处理器的直接竞争,因此本文主要关注目标是ARM Cortex-A CPU(见附文1,“英特尔可能的多方位响应”)。更多详情,见EDN对Cortex-M、Cortex-R和替代市场Cortex-A产品(如Ambarella的iOne)的报道(参考文献1)。

准备搏斗

  要讨论ARM是否可能在当前x86统治的生态系统中获得成功,首先必须了解ARM的业务模型,以及现在提供的产品。从财务角度看,ARM作为一个IP(知识产权)开发商,主要依赖于其许可证持有者的市场成功,它们分为常规许可(Conventional license)和架构许可(architecture license)阵营。常规许可是在自己的SoC(系统单芯片)设计中实现预设计的核心,这是一种产品走向市场的较直接路径,但它限制了每个许可持有者的能力,使他们的产品无法区分于其竞争对手。另一方面,架构许可(或指令集许可)则有更多的设计灵活性,但相应地也会增加设计的挑战。尽管如其名称所示,它们必须保持与ARM指令的完全向后兼容性,但也可以建立用专有指令的组件,以及做其它更底层的电路修改与增强。ARM现在的架构许可持有者不多,包括英特尔、Marvell、微软、Nvidia和Qualcomm。

  Cortex-A的传播现在开放常规许可,Cortex-A8建立在Cortex-A5基础上,很多许可证持有者在ARM11的过渡中绕过了许可。Cortex-A8提供对双指令发送的超标量支持,作为一种提升时钟速率的方式,每核心流水线从8级加深至13级,可能付出的开销是IPC(单时钟指令)效率。Cortex-A8需要一个升级的FPU(浮点运算单元),而在ARM11中FPU是选件。Cortex-A8还需要64位的SIMD(单指令/多数据)Neon计算引擎。从A8这一点上升到Cortex-A9要涉及多个增强步骤。实现Neon、FPU成为了对实现需求的一种设计折中决策。ARM将每个核心的流水线缩小到9级,但仍维持1GHz以上的性能,这要归功于光刻尺寸的缩小,以及对乱序执行的支持,进一步改善了平均IPC。

  常规许可的核心实现约束并不排除重大的创新。举例来说,三星公司将从Intrinsity获得许可的Fast14动态逻辑与信号编码技术用于其基于Cortex-A8的Hummingbird SoC。而收购Intrinsity的一年以后,苹果公司也在自己基于Cortex-A8的A4 CPU中实现了这些技术。Fast14使苹果与三星(亦是A4 SoC的代工厂)都在某个工艺结点上获得了更高的时钟速度,超过其它Cortex-A8许可证持有者可以达到的水平。相反,许可证持有者Qualcomm公司则开发了符合ARM Version 7的Scorpion架构,最初采用65 nm光刻工艺,现在为45 nm。

  Scorpion于2010年中实现了双核状态,这就是1.2 GHz的MSM8260和MSM8660。从功能上看,它是Cortex-A8与Cortex-A9之间的中间步骤,具备了部分(但不是全部)Cortex-A9的乱序指令执行能力。基于Scorpion的Snapdragon SoC也实现了与Cortex-A8和Cortex-A9相一致的浮点引擎与Neon SIMD引擎。Scorpion是以流水线方式实现的浮点引擎,而其128位的SIMD宽度是Cortex-A9的两倍。

  值得提一下两个常见词汇,这就是“应用处理器”和“基带处理器”,虽然实际上两者愈来愈不相关,这要归功于单核集成的趋势。正如2004


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RISC? CISC? ARM? 英特尔?

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