移动应用 X86阵营的正式入侵

         在过去，移动应用装置向来是RISC架构的天下，由于移动应用装置对功耗具备了高敏感度，为了追求高续航力，无可避免的必须舍弃掉部分性能的表现，并且加入许多更积极的节电措施，然而，当X86处理器挟庞大的软硬件背景，以及进化过的功耗控制能力，甚至具备了目前最高等级的工艺技术时，传统RISC阵营也开始认真看待X86处理器在移动应用的崛起。

         IP不授权　但应用环境完整的X86

        X86体系有着太多历史包袱，且两大半导体厂商Intel与AMD都是拥有自己的晶圆厂，采卖断式的方式，则是考虑营销自有芯片产品之下，所不得不为的方式。其次，X86处理器为了达到最高的兼容性，所实行的是标准X86指令集，效能部分与设计有着绝大的关系，如果实行IP授权方式，那么只要关键部分被摸清，可能会导致对手在技术上迎头赶上的后果，相较之下，在RISC方面，基本上每家的处理器都是半封闭状态，也就是说IP厂商可以关起门搞自有的专属指令集，且每家IP厂商所专注的领域与最佳化方向不一，较不会有直接冲突的结果。

        因此在嵌入式环境方面，RISC阵营必须努力架构软件生态系统，并通过应用来推动硬件发展，而在X86处理器方面，由于现有的软件应用俯拾即是，开发环境也相对成熟，只要布建出适合的硬件架构，软件支持便可源源不绝。虽然这也代表着，X86阵营的软件最佳化程度普遍较弱，为了满足这些X86软件通用运算的需求，必须使用更强大的处理器核心，也必须负担起因为效能增加所带来的功耗提升后果，使其难以导入轻便型的移动应用之中，诸如ARM、MIPS之类的IP厂商，看准了这点，才纷纷投入移动应用处理器之中，然而X86处理器已非吴下阿蒙，虽然软件依然欠缺最佳化，但是强大的硬件处理能力足以弥补软件最佳化程度不足的缺憾，加上进化过的电源管理机制，RISC阵营IP授权厂商所面临的挑战也越来越大。

        X86体系的甜蜜与负担

        X86处理器过去最常被诟病的，是由于指令集相当庞大，为了能够满足不同指令的所需要的不同寻址方式，在硬件设计上会非常复杂，而由于RISC处理器在指令集部分的精简，使得芯片本身体积可以达到非常小的地步，芯片架构精简后，也能同时满足移动应用的功耗需求。不过这种只是计算器学的传统概念，时至今日，X86的CISC体系与RISC体系已经找不到明显的分界线。X86处理器在纷纷加入超纯量（Superscalar）与管线概念之后，除了少部分的传统X86指令集依然被保存以外，同时也加入了更多SIMD处理能力，我们已经很难从定义上去清楚区分X86处理器与RISC处理器之间的区隔。

        过往兼容性一直以来是X86处理器的最大优势，也被认为是尾大不掉的包袱，但RISC体系中，诸如ARM架构在不同时代的家族体系中，也大都维持了与旧版指令集的兼容性，因此，这些乍看之下的包袱也已经逐渐被大众接受，并认为是不得不为的市场手段。这么一来，X86处理器与RISC处理器有何差异？除了过去X86处理器大厂在开发过程中，并没有将移动应用视为其主流舞台，因此功耗问题并不被其关心，但是近年来环保意识抬头，加上移动应用已经有凌驾一般传统PC架构的趋势，因此诸如Intel及AMD等传统X86处理器厂商，都先后在功耗方面做出变革。

        但就如前述，X86体系尾大不掉，要在维持原本性能表现的同时有效降低功耗，可以说是几乎不可能的任务，但是降低性能表现以求功耗均衡，却又带来了另一项缺点，那就是处理器性能不足以肩负起X86 PC上的软件运算需求，举例来说，UMPC的前身—Origami，其操作系统基本甚上设定为微软的标准操作系统，微软甚至还希望将其最新的Vista推广到该架构中，但是微软操作系统向来与效率及精简这2个形容词扯不上关系，因此与其搭配的硬件通常效率都不是很出色，影响所及，使用者的操作感受普遍都不流畅。

        X86处理器导入到移动应用装置中，理论上因为X86应用环境是目前最普及的1种，软硬件开发者可以很轻易的寻求到所需要的解决方案，因此在支持软件方面可以不虞匮乏，即使针对新平台效率而开发的新软件需要等待的时间，开发商也可以采用现有的软件方案来解决，毕竟同样都是X86架构，可确保软件兼容性无虞，与桌上型平台相较起来，差别的只有执行效率而已。

        各家针对嵌入式应用的X86

        ■Intel Stealey

        Intel过去的Xscale产品线虽然在市场上能见度非常的高，但顾虑到核心体系仍然属于ARM之下的RISC架构，与自家的IA（Intel Architecture）架构格格不入，并且也花了太多功夫对Xscale架构进行加强，因此在贯彻自家处理器体系的理由上，断然将此经营已久的处理器路线经转售给Marvell，转而开发基于IA架构的移动应用嵌入式处理器，在进入的时间点方面，要比AMD甚至VIA都稍晚些。

        △图说：Stealey将以更小的封装，更少的功耗取代前代UMPC所采用的Pentium M处理器。（www.Intel.com）

        在抛掉Xscale这个包袱之后，Intel终于也在最近推出了该公司专属的IA架构嵌入式移动处理器，虽然在功耗控制方面还未能如ARM处理器般出色，但是在处理精度以及效能方面，以初代产品来看，其实已经算有不错的表现了，该处理器代号为”Stealey”。

        Stealey目前有两款产品，分别是600MHz的A100与800MHz的A110，理论上来说，Stealey只不过是Centrino体系中祖父级Dothan处理器的超级精简兼频率降低版，技术上并无太多可着墨之处，只是通过较先进的工艺，与较低的频率，来达到较低的功耗而已，在实测效能上，明显低于同频率的Dothan（Pentium M）处理器。

        Stealey采用90纳米铜互连工艺，核心支持了MMX与SSE2多媒体加速指令集，这两个都已经是老生常谈，所以也不用多做介绍。其核心部分整合了32-KB的L1高速缓存，这部分与原始Dothan处理器相同，不过在L2部分，则是降低到仅剩512-KB，虽然降低了快取的总量，但是在预取（Prefetch）机制方面有做了些许的改进，因此理论上仍能有不错的效能表现。

        与Intel所有的处理器一样，Stealey仍是以南北桥芯片搭配套件形式，处理器必须借助南北桥芯片作为其内存控制器以及与周边沟通中介之用，这也形成了该平台的最大弱点。就架构方面，Stealey并无啥特殊之处，但是其最大优势在于量产能力与成本，将来进展到45nm工艺代号Silverthorne之后，单一300mm晶圆甚至可切割出高达2500颗以上的处理器颗粒，以Intel的订价策略而言，其毛利之高，令人咋舌。

        虽然目前的Stealey是由祖父级的处理器体系改造而来，但是为了功耗要求，也加入了Centrino四代独有的省电功能，搭配Intel自豪的SpeedStep技术，得以动态调整负载与频率之间的平衡，达到功耗的最佳化，不过由于此处理器依旧基于FSB架构之下，所以也会面临与PC平台处理器类似的情况，那就是调整的幅度与弹性有其限制，无法如ARM核心般有效率的调节，加上如前所述，Stealey需要搭配南北桥来完整发挥其功能，虽然CPU本身最大功耗仅3W左右，但与南北桥结合起来之后，其功耗将远超过竞争对手（AMD及VIA等嵌入式X86阵营，早已将芯片组及绘图模块整合进单一处理器中）。

        不过开发能力与生产能力向来是Intel所自豪，在此移动应用方面，也预计将在2008上半年发表针对下一代超级移动网络计算机所设计，代号为Menlow的平台架构。Menlow将采用45纳米工艺与High-K材质 金属闸极硅芯片技术的低功耗微架构处理器，，并且也将导入64位运算，其代号为”Silverthorne”，而其搭配芯片组代号则是”Poulsbo”，预计将在功耗方面有大幅改善。但想见到整合芯片组与绘图核心的移动处理器，可能得要等到Intel的CSI总线与类似Fusion的架构出现之后才有可能，也就是说，最快也要等到2009年才有机会见到。

        由于Stealey还只是概念初始实现阶段，在功耗、效能表现方面，表现也还未达到完美的地步，与其它X86竞争者相较之下，虽然处理器核心效能部分较占优势，但是在周边与总线沟通的相互抵销之下，其实并没有太大的差距。

        ■AMD Geode

        与Intel类似，过去AMD曾经购并了Alchemy Semicondutor公司，利用基于MIPS的RISC核心技术推出了Alchemy产品线，并希望借以成功进入移动应用市场，不过成效并不如Intel的Xscale般出色。与Intel急于推广IA架构一样，AMD也喊出了X86 everywhere，并研拟了相关计划，简单来说，就是利用x86体系结构征服服务器、个人计算机、嵌入式设备等所有领域，只要是需要计算设备的地方，都可为其提供基于x86体系结构的解决方案。2003年（也就是AMD收购Alchemy的第二年），AMD从国家半导体（National Semicondutor, Inc）收购了其低功耗的Geode产品线，为x86 everywhere计划的实现打下了基础。2005年AMD发布了 Geode LX800处理器，该处理器工作在500MHz时的平均功耗仅为1.8W，在X86嵌入式领域中相当著名，而为了避免模糊战线，后来则是赶在Intel出售Xscale之前（同样是在2006年中），将Alchemy产品线转卖给Raza Microelectronics，AMD则专注于针对各种应用X86处理器的研发与营销。

        △图说：AMD的Geode是最早的整合型嵌入式X86处理器。（www.AMD.com）

        Geode处理器后来也成为OLPC的钦定处理器，足可见其效能、功耗与成本的平衡性相当高，虽然很多人认为该处理器是AMD旧款Athlon XP的精简改版，但是Athlon XP是超纯量处理器，Geode则是单管线处理器，虽然同为X86架构，但是在体系上不能一概而论。

        AMD Geode家族的第一款处理器为Geode GX，是直接将从美国国家半导体（National Semiconductor）的GX2处理器直接转换过来，架构上并未经过任何变动。随后推出的Geode LX则是在GX的基础上进行了许多强化工作，比如说加入了高速DDR内存架构、重新设计指令集管线、整合更快速的绘图核心，并且加强周边控制的能力，至此，Geode可以说是脱胎换骨。

        LX家族总共有3款产品，分别是LX700、LX800与最近才刚推出的LX900，其TDP最高仅5.1W，最高功耗仅2.6W，而且这还是整合了南北桥、内存控制器、绘图核心之下的功耗统计数字。Geode另有个NX家族分支，专注于拥有固定供电的嵌入式系统应用（最为人所知的，而AMD也最爱的1个例子，就是赌场里的游乐机具）。NX家族就是百分之百由移动版Athlon XP-M改版而来，1GHz频率的NX处理器其最高功耗约为9W，计算起来与Intel Stealey平台结合南北桥、处理器的耗电量相当。

        除了OLPC以外，AMD的Geode LX处理器虽然初始设计概念并不是针对超便携移动装置而来，但由于功耗与效能的均衡性不错，因此被普遍应用于UMPC硬件中，3大移动处理器中，以AMD的Geode处理器家族所涵盖的嵌入式应用范畴最广，不过其效能并不是特别突出，仅次于Intel Stealey移动平台，在功耗控制方面，则是略逊于VIA，算是比较中庸的解决方案。AMD也针对此平台推出了相当多的参考设计套件，开发商能够很快的导入到系统之中。

        针对未来的产品线规划，AMD计划将在2008年推出真正针对移动平台开发的X86处理核心，代号为”Botcat”，不过目前信息还不完备，因此只能从时间点推论，该处理器将有可能使用简化降频版的K8核心，若要整合K10核心，可能就要等到2009年之后，而如果要将Fusion技术导入到移动应用平台之中，时间预料还会更晚。

        ■VIA C7-M

        VIA的处理器技术一直以来都处在相当尴尬的地位，由于效能明显不及其它2位竞争者，在一般桌面运算与笔记本电脑平台方面，总是无法得到良好的销售成绩，因此VIA还是一直以芯片组为营利重心，处理器仅小部分营销，或者是针对开发中地区推行低价计算机之用，而当诸如次笔记本电脑、UMPC等超便携计算机系统逐渐风行时，VIA才逐渐找到有别以往的高获利营利模式，这些超便携系统与传统PC产业薄利多销的形式不同，虽然这些产品兼具移动、通讯、高运算能力、多媒体应用等需求，但架构上等同于传统PC的延伸，只要有合适的处理器技术，设计与生产难度并不高，因此这些产品的利润非常丰厚，让传统PC厂商得以找到红海中的一片蓝。

        △图说：VIA的C7处理器以极低的功耗表现力战两大X86厂商。（www.VIA.com）

        VIA的处理器算是最早进入低功耗领域，也是最成功的典范之一，其最新的C7系列，在功耗控制上可以说是目前X86处理器之最。C7拥有64-KB的L1高速缓存，L2高速缓存稍小，仅有128-KB，但是其前端总线（FSB）达800MHz，与Intel Stealey平台相同，C7需要额外搭配芯片组，可配合的芯片组有VN800、VN890、VN900及VX700M等。C7分为2大系列，分别是普通版以及超低电压版，其中，C7-M ULV 779频率为1GHz，但最大运作功耗仅为3.5W，由于其惊人的功耗控制能力，因此也被许多重视低功耗的系统采用，但是C7在效能表现方面并不出色，同频率效能换算约与Geode相当，可能稍弱，但同样远逊于Intel的Stealey处理器。

        传统RISC IP厂商的因应方式

        以ARM的Cortex A8处理器为例，其最高频率可达1.2GHz左右，但功耗需求也同样达到5W左右，虽然在闲置功耗控制能力上仍要优于X86处理器，但技术之间的优势差距已经越来越小，此款处理器IP也是针对手持式装置，其采用硬件要到2008年才会出现，虽然相关产品才刚要出现，但ARM已经迫不及待的利用ARMv7指令体系进行下一代处理器的开发。ARM在手机处理器方面依然独占鳌头，短期间之内这块市场X86处理器还难以染指，但是ARM在处理器开发方面，也开始走向高频率高效能，其最高功耗也随之逐渐拉高，未来是否仍然能够维持其功耗优势，值得观察。

        MIPS方面，过去除了少数几款掌上型游乐器硬件以外，几乎没有在移动应用中出现，其最新的74K系列中也同样维持这样的传统，加入了乱序执行、不对称多绪处理能力，与ARM的架构分歧也越来越大，其面对的应用多在DTV、机顶盒、DVD播放机、宽带系统、网络网关器等固定电源嵌入式系统。由此来看，MIPS是与目前X86阵营冲突较高的。