標(biāo)準(zhǔn)處理器IP在華掀起高潮

    IP(知識產(chǎn)權(quán))是新經(jīng)濟最令人覬覦的商品。在微處理器IP核市場上，三家公司近日在國內(nèi)開展的推展活動：ARM、MIPS和Tensilica。ARM是標(biāo)準(zhǔn)處理器市場的最有代表性的廠商，Tensilica是可配置處理器廠商，MIPS是以計算起家的，即可作為標(biāo)準(zhǔn)處理器核，也可實現(xiàn)可配置處理器核。最近，三家公司都有些新的動作，表明了十分看好中國SoC設(shè)計市場，并且認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)處理器IP市場充滿了前景。

ARM一直在關(guān)注可配置處理器IP的事態(tài)發(fā)展，但目前公司始終堅持標(biāo)準(zhǔn)化處理單元（Cell）道路。ARM公司董事長Robin Saxby爵士在今年3月的上海微處理器論壇上說， ARM提出了ARM CPU單元概念，傳統(tǒng)的“另一種”CPU架構(gòu)存在好用、簡單（基本）的RISC實現(xiàn)，簡單（基本）的工具，例如ARC, MIPS, 68K(Freescale), x86過去是那種。ARM提出的CPU單元，除了ASIC過去的設(shè)計外，沒有統(tǒng)治性的技術(shù)特征，沒有標(biāo)準(zhǔn)化的單元，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化的工具，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化的處理，但是非常小型并且不貴，擁有出色的MIPS/W&MIPS/美元。

表1 三家微處理器IP廠商一覽表

            打造ARM CPU單元 

    

    在低功耗和小尺寸方面，ARM的范例是，從1986年到2006年的20年間，功耗降低了800倍，面積縮小550倍！例如，ARM1（1986年）20mW/Hz，50mm2；現(xiàn)在的ARM7TDMI（2006年）0.025mW/MHz，小于0.1mm2。 在低功耗處理器方面，ARM力圖實現(xiàn)32位的性能，8位機的造價，例如Cortex-M3微處理器。 



圖1 功率和面積（成本）的不斷縮小

    ARM成為一連串標(biāo)準(zhǔn)處理器IP的發(fā)明者：發(fā)明了AMBA，存儲器優(yōu)化的處理器（Thumb），子系統(tǒng)附件（PrimeXsys），標(biāo)準(zhǔn)化的OS端口，用于市場部分的驅(qū)動器（Move，MBX和Jazelle），安全處理器（安全核和Trust-Zone），數(shù)據(jù)引擎（OptimoDE），ESL設(shè)計工具。他們都基于標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，都是由于客戶的實際要求而產(chǎn)生的。

    ARM的推出使原有的商業(yè)模式也產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變。定位在非常小和特殊要求的嵌入式系統(tǒng)市場，取代了很多單芯片處理器的應(yīng)用，打開了SOC這個新市場，實現(xiàn)了虛擬元件的概念（允許設(shè)計復(fù)用，允許分散式設(shè)計）。同時也第一個產(chǎn)生了這樣的創(chuàng)新，使每個設(shè)計者都平等地享有設(shè)計權(quán)，改變業(yè)界經(jīng)濟的機會。



圖2 32位架構(gòu)的市場格局 

    ARM在32位市場可謂春風(fēng)得意（圖2）。嵌入式處理器的三個領(lǐng)域：應(yīng)用處理器、實時控制處理器、微控制器（MCU）都有ARM的身影。例如，在控制器領(lǐng)域，Sharp、Philips、Zilog等都推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。Sharp亞太區(qū)MCU首席市場開發(fā)總監(jiān)張宇清在今年3月的IIC展會上說，該公司MCU的特色主要適合帶顯示處理的消費電子產(chǎn)品，Sharp選擇ARM的原因是ARM在32位擁有強有力的市場地位，不論ARM7TDMI還是ARM9核MCU，都受到消費者的歡迎，例如老產(chǎn)品ARM7TDMI盡管推出10多年了，但由于性能適中，易于設(shè)計、制造，仍然深受中國消費者的喜愛。


           MIPS：既標(biāo)準(zhǔn)、又配置

    如果你問起每家32位處理器廠商，都有一套理由說明自己的產(chǎn)品功耗、價格、體積等方面處于優(yōu)勢。當(dāng)解釋為何造成今天的市場格局時，答案是由于歷史原因形成的。后起之秀們力圖改變?nèi)藗兊挠^念，例如，MIPS 公司工程副總裁 Pat Hays 博士在今年3月的IIC展覽上聲稱：在高性能處理IP領(lǐng)域,功耗比最大的競爭對手低2/3左右。

    在進入手持市場方面，Hays 博士認(rèn)為擁有優(yōu)勢。因為手持設(shè)備市場有很多融合的技術(shù)，MIPS 家庭娛樂方面有很強的優(yōu)勢，如機頂盒提供了很多中間件/軟件的支持，MIPS在基礎(chǔ)架構(gòu)方面的經(jīng)驗可以支持手持設(shè)備市場，如便攜式媒體播放器。

    MIPS的IP也是非常容易使用的。MIPS的指令層相對于主要競爭對手來說是非常簡單的，因為MIPS是真正的RISC架構(gòu)，另一個原因是這是一個被廣泛支持的架構(gòu)。

    MIPS不僅是標(biāo)準(zhǔn)處理器IP，還有一定的可配置性。相比于可配置的鼓吹者——Tensilica，Hays 博士說從技術(shù)上來說，兩家公司的配置重點不盡相同，MIPS是走中間路線的。ARM不提供配置能力，而Tensilica提供極高的配置能力，而MIPS是處于中間的地位。MIPS為客戶提供UPCODES能力，另一方面提供用戶定義指令能力。例如，Tensilica提供的可配置能力確實太多了，用戶有非常多的軟件庫，太復(fù)雜了，又沒有一個共同的用戶來監(jiān)控。MIPS走中間的路線，MIPS給用戶提供了比較合適的這種可配置的能力。

    MIPS與珠海炬力進行了軟核授權(quán)，而ARM一直堅持在中國做硬核授權(quán)。從成本角度來說，硬核授權(quán)的成本將會更低，因此中國很多中、小企業(yè)愿意接受硬核授權(quán)；但是軟核可以為企業(yè)帶來更多自己配置、做產(chǎn)品的能力。當(dāng)然，知識產(chǎn)權(quán)也是個問題。隨著中國知識產(chǎn)權(quán)的環(huán)境將來逐步的改善，MIPS也會考慮給一些高端用戶硬核方面的授權(quán)。

    MIPS自己有處理器IP授權(quán)又有架構(gòu)授權(quán)，兩者相輔相成。首先，MIPS為一些廠商和用戶提供架構(gòu)，使客戶在這些架構(gòu)上通過用MIPS的代碼庫來發(fā)展客戶的產(chǎn)品，然后這些用戶可以在MIPS的架構(gòu)上做自己的處理器，但是這目前不是MIPS的重點；現(xiàn)在MIPS主要想做的就是給用戶產(chǎn)品的授權(quán)，比如IT方面的授權(quán)，同時給客戶提供代碼庫。有些客戶既購買架構(gòu)，同時又購買核心產(chǎn)權(quán)。

    在與第三方合作方面，與ARM相比，MIPS的方式是投資合作伙伴，把某產(chǎn)品和相應(yīng)的技術(shù)綁定起來，與合作伙伴開發(fā)出比好產(chǎn)品，然后把它打包了提供給用戶。 


              Tensilica：從配置向標(biāo)準(zhǔn)拓展
    Tensilica可稱為處理器IP領(lǐng)域的陽春白雪，一直以可配置與高性能著稱，主要客戶也在美國、日本。今年2月底，公司創(chuàng)始人兼CEO（首席執(zhí)行官）Chris Rowen博士來到北京和上海，介紹了專門為中國市場打造的Diamond（鉆石）系列內(nèi)核產(chǎn)品，公司一口氣連推了6款產(chǎn)品，包括4款CPU和2款DSP，一下和ARM、MIPS的高性能主流產(chǎn)品拉近了不少。Rowen博士躊躇滿志，說6款產(chǎn)品相比于競爭對手，性能、價格都存在優(yōu)勢。

    深信可配置處理時代必將到來的Tensilica，為何轉(zhuǎn)而發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)處理器核？市場調(diào)查公司Semico認(rèn)為：可配置處理器的增長速度是非可配置處理器的5倍。Rowen博士解釋說，這是因為可配置處理器與現(xiàn)貨供應(yīng)的處理器相比，優(yōu)勢是體積更小、功耗更低，速度快，但是可配置處理器需要客戶對應(yīng)用有很好的理解，有時是更深刻的了解。而更深的了解會隨著地區(qū)、公司、項目的不同而不同。因此，Tensilica準(zhǔn)對大眾公司還推出了標(biāo)準(zhǔn)處理器核。

    進入到ARM主要壟斷的標(biāo)準(zhǔn)化處理器IP領(lǐng)域，Tensilica躊躇滿志。Rowen博士解釋說原因有二：所有的客戶都希望他們的產(chǎn)品具有差異性，如果是可配置的處理器內(nèi)核的話，你可從硬件與軟件方面都可提供差異化的產(chǎn)品；但是如果是不可配置的，像ARM等標(biāo)準(zhǔn)化處理器內(nèi)核做出的產(chǎn)品與別人是一樣的，沒有辦法做太大的改動，只能是軟件方面有差異性；鉆石系列的推出，無疑給客戶一種更多的選擇。

    另一方面，由于市場的趨勢會越來越轉(zhuǎn)向可配置處理器，今天客戶選擇鉆石系列，不僅是為了今天的應(yīng)用，而且為了將來可以轉(zhuǎn)向可配置處理器內(nèi)核。

   在實現(xiàn)多核、多處理時，Tensilica不失為一個選擇。例如，音頻+視頻，視頻+圖像處理這些多個任務(wù)時，用多核架構(gòu)容易，同時Tensilica提供軟件處理工具和軟件開發(fā)工具，還有內(nèi)部的連接，小面積、低功耗，這樣處理多個任務(wù)時可以減少成本。

    談到Tensilica低功耗是如何實現(xiàn)的，Rowen博士說兩個原因：因為Tensilica的門數(shù)少，面積小，因此功耗低；建立base line（基本處理）結(jié)構(gòu)，這樣中央控制時功耗就低，每個模塊、寄存器、功能之間，有更加詳細的時鐘門控制，在加上功耗的管理。

    那么其它公司為何不做可配置處理器？因為Tensilica所謂的可配置非常復(fù)雜，需要自動成生軟硬件。同時，Tensilica可配置模式專利數(shù)占整個行業(yè)的50%還多，阻止了其他后來者進來的機會。


           客戶決定成敗

    隨著中國巨大的電子市場與SOC設(shè)計水平的提高，處理器IP廠商在國內(nèi)的爭奪戰(zhàn)也拉開了序幕，除了以上的三家外，還有蘇州國芯的C*CORE等。這為中國SOC設(shè)計人員帶來了更多的選擇。標(biāo)準(zhǔn)處理器IP在中國較為適宜，原因是風(fēng)險較低，上市速度較快。筆者認(rèn)為，從性能、價格等角度來說，32位IP廠商之間的差別不大，只有一些細微的差別，但服務(wù)支持等八仙過海。因此，對客戶選購來說，沒有最好，只有最適合。中國IC產(chǎn)業(yè)正在蹣跚起步，投資者、設(shè)計者都不能容忍失敗，生物鏈相當(dāng)脆弱?？蛻舻某晒褪荌P廠商的成功，人們期待微處理器IP廠商與IC設(shè)計公司能夠更好地磨合、緊密合作，共同成就中國的SOC設(shè)計事業(yè)！