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手机架构变革出现新的思路

更新时间: 2005-09-19 00:00:00来源: 粤嵌教育浏览量:4455

  人们可能认为生活中很少有事情像蜂窝电话的基本架构那样稳定,不过,在手机的成熟架构只是渐渐发生变化的大背景下,你偶尔也会发现一些完全不同的架构。通常,这种情况是供应商希望将某种特殊功能的芯片嵌入手机,因为推出的系统级芯片还没能实现某些巧妙的功能整合,但这些功能可能又是市场认同的卖点。一旦这种情形持续发生,有人就会提出重新考虑整个架构。

    近,有两个例子可以说明这种现象。一个例子来自老牌公司Atmel,它提供了一款附加功能的芯片。另一个来自初创公司Sandbridge,它显得更激进。手机不断增加的功能以及令人眼花缭乱的技术换代给手机设计人员带来挑战,两家公司都利用这个机会进军市场。

    在Atmel的例子中,其芯片瞄准一种专门附加功能:媒体播放。Atmel已经发布了MP3播放器芯片AT83SND2CMP3。该芯片可使手机实现多种功能,例如MP3播放、基于MP3的铃声播放、NAND闪存控制、以及支持多媒体卡(MMC)、XD-图片卡和SD卡等外部存储器。

    该芯片采用100管脚、9 x 9mm BGA封装,消耗电流为37mA,大批量购买时单价为3.85美元。该芯片在占位面积、功耗或成本方面不占优势,但它能将一系列重要的功能快速推向市场。

    与Atmel不同,Sandbridge正通过大幅变革架构来应对可能更严重的问题。问题的根源似乎在于3G网络的延后推出。3G不仅没能遍地开花,而且也没成为许多地区大多数运营商的主要网络。这就迫使手机制造商同时支持2G和3G空中接口和基带,而且很快他们又开始考虑其它网络接口。

    3G还带来另外的问题:诸如视频、音频和数据等大量的信息流需要转送到计算机。这就增加了对存储器(包括手机中的数据存储器和工作存储器)的需求,而且催生了新的处理需求,例如伴随大量数据的MPEG或 H.264解码、音频处理和图形处理等任务。Sandbridge相信,业界有充分理由重新考虑现有架构。

    Sandbridge的观念代表了目前对架构进行重新考虑的主流思潮,它摒除了手机架构上的所有专用处理单元。例如,不再为每一个空中接口配备专用基带处理器;不再添加更多的音频DSP、视频DSP、图形处理器、加密引擎、MP3解码器等。取而代之的做法是在一组足够快且高效的引擎上,用软件来实现所有这些任务。 

    当然,这并不容易。从专用加速器转移到软件驱动的引擎会损失大量性能和功效。采用一组这样的引擎也不能显著缓解这种损失,即使在理论上,与单一处理器相比,这种方法可以减慢单个引擎的时钟,大幅降低工作电压和功耗。

    不过Sandbridge认为,他们已经采取足够的节能措施,能达到与其它任何3G调制解调器相当的功耗。这部分归功于采用了台积电的90nm工艺,但Sandbridge还付出了许多努力以进一步降低功耗。

    一个例子是它决定在独立处理器设计中采用很深的管线,以便降低单个电路对高速的需求,而且还允许采用更低的工作电压,并在许多路径上选用更小的晶体管。在许多情况下,这种管线使得传统上需要更快、更耗能的多口RAM设计现在可以采用单口SRAM实现。

    另一个例子是独特的时域复用多线程技术,该技术与深管线结合,能够充分削减所需的存储器带宽。因存储器访问消耗任务中的大部分能量,所以,任何能减小存储器带宽的措施都至关重要。

    所有这些想法都在一个处理引擎SandBlaster中实现,它让人想起上一代RISC/DSP混合芯片。一个专有RISC CPU搭配一个单指令、多数据(SIMD)信号处理引擎和本地存储器。该处理器具有能支持8个并行线程的硬件资源。

    Sandbridge已将该引擎整合进一款手机芯片中,即SB3010基带处理器。该器件集成了4个SandBlaster处理单元以及所需的本地存储器结构。这组处理器通过总线桥与一款传统的ARM9 CPU相连,ARM9 CPU负责应用处理,因而无需对非关键任务进行重新编译。该芯片还整合了现代手机所必需的存储器和外设接口。

    Sandbridge已经开始提供这款芯片的样片,并在800MHz频率下进行过验证,足以维持2Mbps的WCDMA传输,还支持GPRS、802.11b、蓝牙和GPS。从文档上,还无法确定这些调制解调器任务的并行执行水平。

    显然,这是一个由极富经验的团队完成的富有挑战性的半定制90nm设计。该公司聘请了来自IBM T.J. Watson研究中心和朗讯贝尔实验室的人才。他们采用的工艺和熟练的电路设计开发出一种现代架构。但这是否足以改变一个非常保守的产业的架构思路还是个未知的问题。

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