叫板ARM、MIPS，可配置处理器走向何方？ (2)

2008-10-13 11:49:15 作者：汤宏琳来源：电子工程世界

关键字：ARM、MIPS 可配置处理器

可配置固化，妥协？扩张？

　　既然这种变化是必然的，为什么不将其变成一个根据需要定制的处理器体系结构呢？

　　正是看到了这种需求，硅谷的计算机体系结构和芯片专家克里斯•罗文（Chris　Rowen）开发出可配置处理器技术，并于1997年创建了Tensilica公司。初识Tensilica的人不会将这样一个温婉的名字和硬生生的电路扯上关系，但解释起来很简单。“‘Silica’指‘硅’，‘Ten’指‘Tensile’，即可延展，二者联合，刚好构成了Tensilica初创时的理想——设计一款灵活、可扩展的硅。

　　一个完整的可配置处理器工具集包括一个预先定义好的处理器核和一个设计工具环境两部分。其中，可扩展处理器可以让系统设计人员能够为处理器增加指令，原先的处理器体系结构设计人员从来没有考虑过或者想象过这些指令。添加高度量身定做的指令能够非常适合特殊的应用，使得可配置处理器在性能上可以同RTL设计方法相匹敌，同时得到预先经过验证的IP（知识产权）的优势。同时设计工具环境允许设计人员对基本处理器核进行大幅度修改以满足特殊应用的需求。典型的配置形式包括添加、删除和更新存储器、外部总线宽度、总线握手协议以及公共的处理器外设部件。“如果安插一个处理器用40%的工作量，软件工作量可能要占60%，”李冉介绍。

　　然而，相比SoC设计最发达的北美和日本，固核似乎正符合中国的特征，一个新兴的对立概念被市场接受终归不是一件容易的事。被客户的接纳程度、对专业技术的掌握、应用实例的支持都是个问号。可配置处理器在中国似乎没法使得其厂商赚的满钵金。于是，面对着仍然固定体系架构大施拳脚的市场，可配置处理器厂商也按捺不住了。

　　Tensilica先后于2006年、2007年推出了第一代、第二代Diamond（钻石）系列处理器。Diamond处理器的推出，更多地像是一种妥协，对固态体系结构的妥协。然而，李冉却不这么认为，他称Diamond使原来从不使用可配置处理器的厂商了解Tensilica，并使Tensilica有机会在市场上第一次提供硬核。这也成为Tensilica以自己的方式向客户推销他们熟悉的方案，从而扩大了客户群。

　　其创始人 Chris Rowen认为，“所有的客户都希望他们的产品与竞争性产品相比具有差异性，Diamond系列可以帮助他们从软件方面实现这一点，而这正是在亚太地区和中国从事SoC设计的人员所熟悉的方案。” 诚然，国外公司的设计经验一般而言要高于国内设计公司，而Tensilica已经在国外有了很多成功案例。其中包括例如思科利用200颗Tensilica 的可配置处理器内核做成的SPP路由芯片，并用于2003年就开始在其产品中销售。同时Tensilica在日本、欧洲也有很多客户。但是因为这些客户都是差异化的产品，而差异化往往意味着比较封闭、不通用。而客户想要学习Tensilica的案例，会发现找不到太多的资料做参考。而ARM是通用的，通用意味着很多人使用它做芯片，因此学习、试验都很容易。差异化的策略在国外已经取得了比较好的效果，获得了比较大公司的认可。但是还是有大部分的客户习惯传统的方式，直接使用定制好的IP，这种情况更多集中在亚太区。

　　“如果连ARM都不知道怎么用，怎么去推广可配置处理器呢？”李冉一下子道出了问题的关键。当大家对可配置的概念还有一些疑虑：包括对技术的熟悉，需要多长时间能掌握，自动化生成是否可靠或者项目时间表是否允许等，固定架构处理器依然是不二选择。

　　Diamond处理器也正瞄准了这个市场，该系列处理器涵盖了从低端CPU到高端CPU，从音频、视频到通讯基带DSP等各个方面。其中音、视频方案是钻石系列比较突出的应用，HiFi2音频处理器已经应用在英特尔针对互联网络CE终端设备的处理器CE3100(此前CE3100处理器被称为Canmore)。当然Tensilica通用CPU在知名度上还与已经在业界打拼多年的ARM、MIPS有很大差距，

　　然而，差异化一向是可配置处理器技术的卖点。正是由于差异化，早在2004年底，LG公司在短短6个月的时间里，就研发出世界首款DMB数字多媒体广播手机，即世界第一台DMB手机，正因为使用了可Tensilica的配置处理器技术。2007年，新岸线（Nufront）公司选用Tensilica的 Xtensa可配置技术，成功实现了高性能和超低功耗（第三方手机电视国标功耗测试结果为30mw）的T-MMB手机电视基带芯片，并最终在TSMC一次量产成功。新岸线是做TMMB的，此前没有做过SOC。而传统意义上做SOC首先需要找一个RISC CPU ，再放一些硬件逻辑。但他们不擅长写RTL，但算法和软件的能力很强，这就需要一款高性能，低功耗的DSP来完成这个功能，评估后，“我们用1/10的频率就可以做到同样的性能，”李冉至今提起来还不时地流露出激动的神情。因为Tensilica的体系结构可变，不但可以把冗余的配置去掉，还可以添加所需的架构特征。最后的芯片在40M的频率就可以跑下来，而功耗只有30mW，而竞争对手的芯片可能需要150M的频率。当时新岸线的后端设计，没有几家服务公司敢接，因为对时间表要求太严格了，这么短的时间要做出这个芯片是不可能的。“最后Synopsys的销售胆子比较大些，接下了这个项目，”李冉笑称。从设计到生产到量产，所有参与的人都觉得是“神话”。

　　与固定体系结构的ARM专注于便携领域、MIPS占据数字电视领域市场相比，可配置处理器的应用似乎更“上得厅堂，下得厨房”，从高端的网络处理器、手机音视频到相对比较低端的MP3、MP4等都有涉及。可配置处理器的应用并不像ARM那样集中，而是更多地应用在ARM、或者DSP不能解决的领域，高端不足矣养活一个产业，因此，低端也是其瞄准的方向。比如CISCO用200个Tensilica内核制成的网络处理器、ATI用两个处理器做的手机里的音视频、Intel下一代MID产品，Epson用处理器快速搭建的打印机芯片。其中，更多的应用集中在网络通讯、便携多媒体，同时也在不断扩展。

　　然而，正如Intel的成功源于其抓住了处理器这根救命稻草，ARM的成功更多归功于便携市场一样，某一个突出的应用领域会带领一批企业的崛起。同时如Dram之类的应用也会拖垮一批企业。可配置处理器这样分散的、无所不能的应用，在带来分散风险的好处同时，能否争得一席之地，还是让人不免有些疑问的。

　　ARM谭军更是直接指出，处理器架构的可配置，更多地是一个芯片对应一个系统厂商的产业链，如果系统厂商需要另外一个芯片厂商提供的产品，代码则需要重新改写，所以市场是可配置处理器遇到的较大问题。

　　李冉也坦陈：“可配置处理器技术所占的市场份额依然很小。如果要获得市场认可，是‘需要一些与众不同的地方的’”。