智能手机对CPU及体系结构性能的要求(zz)

 

智能手机对CPU及体系结构性能的要求

谭军/ARM公司中国业务总裁兼      安谋咨询（上海）有限公司总经理智能手机正成为手机市场发展的一个主要趋势，其对芯片的要求也越来越高。十年前，手机正处于从模拟到数字的转变期，数字手机可以提供更好的通话语音效果，但对功耗的要求也更高。ARM提供的32位CPU体系结构性能卓越，使得手机商可以使用廉价的内存，同时支持THUMB指令集(16位)，压缩代码，使用的FLASH也很低。而手机中的FLASH正是一个价格贵且功耗大的部件。正是通过这样的技术优势，ARM成功地为手机提供了低功耗、高性能和低费用的CPU体系结构。这就是十年前ARM7的成功原因。 十年后，语音已经成为手机的最基本元素，ARM7已经使其变成了某种标准配置，就像当年台式机上的调制解调器一样。今天的智能手机更注重的是应用处理器，手机在更大程度上已经成为一个消费者电器。我们希望它能够运行多媒体信息，拥有PDA功能，并且支持广泛的操作系统，比如Microsoft Windows Mobile、Symbian、Palm、Linux等。当然这些都不应该成为功耗变大的理由，为了这些功能而不得不为手机每几小时充一次电是用户所无法忍受的。此外，也不能因为功能和性能的提高而忽视了价格因素。基于ARM9设计的芯片很好地解决了这一系列问题。 ARM9芯片支持MMU和所有主流的操作系统，拥有CACHE，可以应用第三方MPEG4、MP3编解码器及其他应用程序，真正实现“高性能”；而与此同时，ARM一向注重的“低功耗”依然体现在ARM9中。不同于只有一两家厂商可以提供电脑芯片，在市场上可以找到不下十家供应商提供基于ARM9的芯片，比如英特尔、德州仪器、三星、摩托罗拉、飞利浦等等。众多的供应商可以提供基于ARM9芯片也帮助打破了市场的垄断，而不像在个人电脑领域，芯片为一两家生产商所垄断。这种竞争极大促进了芯片价格的下降，为“低费用”奠定了基础。举例来说，十年前一部普通的手机要卖到一万多元，而现在市场上功能最全的智能手机售价也不到一万元；如果只是为了打电话，几百钱的手机也一样能用。 ARM知识产权带动了整个行业的发展，不同的公司生产不同的芯片，但都是基于ARM的设计，内核都是一样的，这就为生产公司降低了风险，降低了开发费用和开发周期。同时这种竞争也帮助加快了手机市场新品开发的速度。最近几个月市场上就有很多基于ARM9芯片的手机面市，比如索尼爱立信的P908，诺基亚的7250等。手机现在更多的是一种消费者产品，对它的更新换代的要求越来越多，周期越来越短。现在欧美消费者更换手机的周期大约为12个月左右。同时，消费者希望能够在手机上集成更多的新功能，比如数码照相机、MP3、PDA等等，并且对这些功能的要求也在越来越高。比如手机带的数码相机从一开始的10万相素到后来的20万、30万，现在到了100万，其实是消费者的一种需求在驱动着这种进步。手机再也不是简单的通话工具，而是一个三C合一（COMPUTER, Communication and Consumer ELECTRONICS）的消费者电器。这一特点决定了它对新产品所具有的功能和开发的周期都有着苛刻的要求，而众多基于ARM设计的芯片供应商之间的竞争以及ARM标准的统一都为满足这一要求提供了最大的可能性。 智能手机另一个不容忽视的方面就是Java技术的应用。作为IT业界流行了10余年的技术，Java在手机中的应用一直存在着一些障碍，主要原因就是Java应用程序的编译比较耗资源，并且速度相对比较慢。这对于在内存和速度上都存在一定瓶颈的手机而言更是一个很大的负担；然而作为一种“编译一次运行无数次”的优秀运行环境，Java又必将对开拓智能手机的功能和前景起到相当重要的作用。在这种“矛盾”下，ARM很早就开始致力于这方面的研究，并成功地开发了Jazelle技术，从ARM926开始投入应用。Jazelle技术可以让大部分的Java的byte code在指令集上直接运行，这样可以让Java应用程序的运行速度比在普通的Java虚拟机上快8倍以上，却不需承担任何额外的功耗和硬件要求，完全作为一种软件加速为Java在手机上的应用开辟了一条全新的道路。 当智能手机所支持的功能越来越多，速度越来越快时，就必然要面临一个芯片速度和功耗问题。这也是我们一直强调的智能手机能否取得成功的关键因素之一。不同于台式电脑，因为有外接电源，可以不断追求芯片速度的提高；手机则不然，芯片速度的提高必定增加功耗和费用。ARM认为，在智能手机中，很多情况下并不需要有非常快的速度，而是希望支持尽可能多的功能。在这一思路的启发下，可以采用多个芯片，通过软件控制让它们各自负责一个或几个功能，在需要的时候才运行，期余时间处于“空闲”状态。这样一来解决了功耗问题，二来在费用上也比使用一个高速度的芯片节省了很多，这包括设计费用、生产费用、功耗费用等等。这就是ARM认为的在智能手机等多功能消费者电器中将有很大应用前景的MPCore技术。这一技术归根结底，还是ARM所一直主张的低功耗、高性能、低费用。 智能电话功能的增加，必然带来其后台的程序代码的量的急剧增加，并且代码从以前的封闭走向了现在的开放状态，这就给安全性能带来了威胁。此外，智能手机中的操作系统也可能存在有潜在的漏洞，而且下载功能为使用者提供了从因特网上自由下载的便利，这也会带来安全隐患。在这一系列前提下，手机病毒的出现也就是和电脑病毒一样是很自然的事了。ARM公司为此推出了TrustZone技术，革命性地改变了芯片硬件的安全性能，为消费者、运营商带来安全保障。当然，ARM也清楚地知道手机安全性能并不是一己之力所能实现的，还必须同整个业界，包括手机制造商、网络运营商、操作系统提供商、软件提供商等一起负起责任来。