1、SoC 时代：平板电脑芯片组总体态势分析CBSi 中国ZOL 作者： 中关村在线 张召林 责任编辑：赵鹏 【原创】 2011年 03 月 21 日 05:14 评论(18)本文导航 第 1 页：平板电脑 ARM 芯片概况 第 2 页：平板电脑芯片组性能初步分析 第 3 页：ARM 处理器概况 第 4 页：移动图形核心：PowerVR SGX 第 5 页：移动图形核心：ARM Mali 第 6 页：移动图形核心：高通 Adreno 第 7 页：其他设备平台分析与本文总结返回分页阅读文章产品： iPad 2（16GB/WIFI 版） 苹果 平板电脑 平板电脑 ARM 芯片概况一、平板电脑 ARM
2、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 Mac OS 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
3、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 BlackBerry Tablet OS 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。ARMAdvanced RISC Ma
4、chinesARM（Advanced RISC Machines）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
5、额，矛头直指英特尔。ARM vs Intel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）、STMicr
6、oelectronics（意法半导体）、，三星电子、Broadcom（博通）、Cirrus Logic（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。产品： iPad 2（16GB/WIFI 版） 苹果 平板电脑 平板电脑芯片组性能初步分析二、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
7、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。NVidia Tegra 2 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(memory
8、 controller)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 OMAP 3630、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-400 GPU）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
9、公司有 ARM 公司、英国Imagination 公司和美国高通公司。产品： iPad 2（16GB/WIFI 版） 苹果 平板电脑 ARM 处理器概况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 ARM
10、Cortex A8 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 iPad 2 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 RK28
11、08/2818、Telechips TCC8902和盈方微 IMAPx200。在 2010 年平板电脑起步之年，国外平板品牌相对来说反应并不大，只有寥寥数家厂商推出了自己的平板电脑产品，其他厂商则将产品推到了 2011 年进行发布。从 2011 年 CES 和 NWC 大展上发布的新品可以看出，新一代平板电脑大战已箭在弦上。在 2011 年，国内平板厂商将会逐渐过渡到 Cortex-A8 核心芯片组上，性能明显提升。典型的两种芯片方案是 Telechips TCC8803 和瑞芯微 RK29xx。采用Telechips TCC8803 芯片组的代表性产品乐天派 Gpad 702 已经发布，而瑞
12、芯微RK29xx 的产品暂时还未推出。虽然国内的平板电脑产品相比之前有了不小的提升，但与国外平板产品相比还存在一定差距，在 2011 年发布的新品中，国外品牌大多数采用的是 Cortex-A9 双核心芯片组。产品： iPad 2（16GB/WIFI 版） 苹果 平板电脑 移动图形核心：PowerVR SGX2、图形处理核心（GPU）Imagination PowerVR SGX、ARM Mali、高通Adreno 三足鼎立在移动 GPU 领域，除了我们熟知的 ARM 公司掌握着 Mali 系列图形技术以外，另外两家公司 Imagination Technologies 的 PowerVR SG
13、X 和高通公司的Adreno 系列图形产品也非常强劲，基本形成了三足鼎立的局面。、Imagination PowerVR SGX：Imagination Technologies 是英国的一家无工厂半导体设计公司，Imagination 并不制造显示核心，而是授权给其他厂商融入 SoC 处理器或芯片组中。上世纪末的 PC 3D 加速卡市场中，Imagination 的 PowerVR 曾是 Voodoo卡的主要竞争对手，在与 NVIDIA、ATI 的竞争中失利后转战嵌入式市场。对于广大公众来说，Imagination 公司的名字或许并不响亮。但事实上，包括Intel、三星、德州仪器等公司都获得
14、了 Imagination 公司的授权，他们制造的手机、超便携系统处理器或 SoC 片上系统芯片上，都搭载了由 Imagination 开发的 PowerVR 图形核心技术。在 苹果 iPad、三星 Galaxy Tab 等大量平板电脑中，都可以看到 PowerVR 图形核心的影子。Imagination TechnologiesPowerVR 规模和实力无法与 nVIDIA、ATI 相比，之所以能一直生存下来的原因是及时转向适合自己发展方向的领域即移动市场，走精、专的路线，很好地发挥了自己的技术优势，同时也避免了桌面图形市场的残酷竞争。Imagination 新一代掌上图形芯片 PowerV
15、R SGX530/535/540 等属于第五代PowerVR 产品，采用统一架构，支持 DX9，SM3.0，OpenGL 2.0，依然采用 TBR渲染模式，支持 H264 解码。 PowerVR SGX 系列PowerVR SGX530PowerVR SGX535PowerVR SGX540PowerVR SGX543MP三角形输出率14M/s 28M/s 35M/s 133M/s（四核心）像素填充率 125M/s 400M/s 1000M/s4000M/s（四核心）应用芯片组德州仪器OMAP3430/ 苹果 A4三星S5PC110/S5 苹果 A53530、德州仪器OMAP3610/3630
16、、PV210、德州仪器OMAP4430/4440平板电脑产品实例爱可视ARCHOS 70、唯智A81、B&N Nook Color苹果 iPad、苹果iPhone4（手机）三星 Galaxy Tab、帅酷A8、白牌S5PV210 平板，黑莓PlayBook苹果 iPad 2Imagination PowerVR SGX 系列图形核心产品： iPad 2（16GB/WIFI 版） 苹果 平板电脑 移动图形核心：ARM Mali、ARM Mali：ARM 在移动微处理器方面非常具有威望，同样它在 GPU 方面的造诣也很高，并越来越多地应用在平板电脑等移动终端领域。作为业界顶级芯片厂商，ARM为各类
17、便携智能设备以及其它相关产品提供包括 CPU、GPU 在内的多方面的解决方案，其中 ARM 的 GPU 就是 Mali 系列，它包括有世界上最小的符合 OpenGL ES 1.1 的 GPU，也有支持全高清解码、或者具有可扩展性的多核解决方案，为高端数字娱乐系统提供强劲支持。ARM Mali 系列 Mali-55 Mali-200 Mali-300Mali-400 MP Mali-T604核心面积1.0 平方毫米（65 纳米低电压工艺LP的面积）4.1 平方毫米（65 纳米低电压工艺LP的面积）4.7 平方毫米（具有32kB 二级高速缓存的单核 Mali-400 MP 所占用面积）图形和通用运算标准（API）OpenGL ES 1.1OpenVG 1.0OpenGL ES 1.1/2.0OpenVG 1.1OpenGL ES 1.1/2.0OpenVG 1.1 OpenGL ES 1.1/2.0OpenVG 1.1 OpenGL ES 1.1, 2.0OpenVG 1.1OpenCL 1.1, 1.2DirectX
