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平板电脑处理器SoC时代:平板芯片组总体态势分析

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一、平板电脑ARM芯片概况

平板电脑大致上可以分为两种类型:传统型平板电脑和以iPad为代表的新一代平板电脑。传统“平板电脑”概念是由微软提出的,是指能够安装x86版本的Windows系统、Linux系统或MacOS系统的PC。由于X86架构功耗较高,势必造成了传统型平板电脑在续航及散热方面的表现不尽人意。2010年1月,苹果发布了iPad这款平板产品,掀起了新一代平板电脑的热潮,以iPad为代表的第二代平板产品虽然不属于微软提出的平板电脑概念范畴,但是这个名字已经广泛为大家所采用,因此我们可以将它们总结为新一代的平板电脑。

平板电脑概念图

与传统平板电脑不同的是,新一代平板电脑大多采用ARM架构,这样就可避开能耗高的问题,在续航和散热方面有了很大改进。同时新一代平板电脑大部分搭载iOS、Android、webOS或者BlackBerryTabletOS系统,在界面交互性上优化不少,增加了用户的体验感。

在传统电脑领域,英特尔和AMD作为两大处理器巨头,统治了整个产业链多达数十年的时间。2010年新一代平板电脑出现以后,一定程度上对传统电脑产业造成了影响,使x86处理器的主导地位发生动摇。而整个平板电脑最核心最本质的硬件通用处理器部分,则是由一家较为低调的公司来设计并执行授权,它就是英国的ARM公司。

ARM Advanced RISC Machines

ARM(AdvancedRISCMachines)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。ARM技术具有性能高、成本低和能耗省的特点,契合了移动产业的发展需求。

在商业模式方面,ARM公司与传统处理器巨头英特尔及AMD有所不同。ARM公司自己并不制造芯片,只负责芯片的设计,并将设计方案授权(licensing)给其他公司使用,从中得到授权费用。

进入二十一世纪以后,手机等移动终端产品迅速发展,使得ARM产品的出货量呈爆炸式增长,ARM处理器也迅速占领了全球90%以上的手机市场份额和上网本处理器30%的市场份额,矛头直指英特尔。

ARMvsIntel

由于ARM的商业模式是开放的,任何厂商都可以购买ARM的授权,因此ARM拥有非常多的合作伙伴,人多力量大,ARM将会与全球其他半导体厂商一道来对抗相对保守的英特尔公司。现阶段,采用x86架构的英特尔Atom处理器在功耗上与ARM处理器相比还有一定差距,即使在未来英特尔处理器能够把功耗降下来,届时英特尔将要面对的对手也不只是ARM一家,而是全球生产ARM芯片的半导体厂商。

现阶段,持有ARM授权的半导体公司非常多,像Freescale(飞思卡尔)(于2004从摩托罗拉公司独立出来)、德州仪器(TI)、STMicroelectronics(意法半导体)、,三星电子、Broadcom(博通)、CirrusLogic(凌云逻辑)、Atmel(爱特梅尔)、富士通、英特尔(借由和Digital的控诉调停)、IBM,英飞凌科技,任天堂,恩智浦半导体(于2006年从飞利浦独立出来)、OKI电气工业、Sharp(夏普)和VLSI等知名公司均拥有不同形式的ARM授权。

二、平板电脑芯片组性能初步分析

现阶段,平板电脑市场可以说是鱼龙混杂,相似的外观,相似的操作系统,但是在体验性上却往往相去甚远。一台平板电脑,无论它的外观如何靓丽,系统版本如何前卫,如果没有强大硬件基础的支持,依然发挥不出它该有的优势。而系统级芯片(SoC),作为整体硬件系统的心脏部分,在整个系统运算过程中起着至关重要的作用。

NVidiaTegra2片上系统

系统级芯片(SoC)的另一个名称是“片上系统”。从狭义的角度讲,它指的是一个包含完整系统并有嵌入软件的全部内容的集成电路。从广义角度讲,SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的一个系统整体。现阶段的平板电脑芯片大部分以SoC的形式存在,一个芯片上集成了通用处理的CPU、图形处理的GPU、内存控制器(memorycontroller)等等,有些SoC还集成了通讯解码芯片、GPS芯片等,典型代表是高通的Snapdragon系列。严格的说,我们平时所讲的高通QSD8250、德州仪器OMAP3630、苹果A4等都不是单纯的“处理器(CPU)”,它们应该叫做系统级芯片(SoC)。

经过优化的移动设备ARM芯片组结构示意图

(集成Cortex-A9双核心和Mali-400GPU)

与传统电脑结构类似,决定SoC芯片性能的两个重要组成单元分别是通用处理核心(CPU)和图形处理核心(GPU)。通用处理核心(CPU)的大东家就是我们熟知的ARM公司。图形处理核心(GPU)的设计授权公司有ARM公司、英国Imagination公司和美国高通公司。

1、通用处理核心(CPU)ARM处理器概况

ARM处理器由来已久,在现阶段平板电脑所应用的ARM处理器中,从低端的ARM9系列到高端的Cortex-A9,各种平板电脑基本都有囊括。从下面的概况图中我们可以看出各阶段ARM处理器的基本情况:

ARM处理器概况

高通与ARM:高通向ARM公司购买指令集(ARMv6、ARMv7)使用权,自己设计出芯片组处理器核心Scorpion核心。高通声称Scorpion核心比ARMCortexA8核心的通用计算能力强5%。

苹果A5与Cortex-A5:苹果下一代平板电脑iPad2将会由苹果A4芯片组升级为苹果A5芯片组,该芯片组集成Cortex-A9内核处理器。而Cortex-A5则是ARM发布的一款内核核心,属于Cortex家族,定位入门市场,用于替代ARM9和ARM11核心。

苹果A5集成了Cortex-A9双核心

2010年平板电脑市场处于起步阶段,国内出现了不少平板电脑厂商。相比国外平板产品而言,国内平板电脑大部分采用较为低端的ARM9和ARM11核心芯片组,比较典型的芯片代表方案有:瑞芯微RK2808/2818、TelechipsTCC8902和盈方微IMAPx200。


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