揭秘TI移動(dòng)AP中ARM核的應(yīng)用演變

約兩年后，TI推出了其新一代OMAP系列移動(dòng)應(yīng)用處理器(AP)——備受關(guān)注的OMAP3530。廣受歡迎的OMAP系列移動(dòng)AP還包括OMAP2420，它已被用在諸如諾基亞N93和N95等多種移動(dòng)消費(fèi)應(yīng)用中。TechInsight分支機(jī)構(gòu)Semiconductor Insights最近進(jìn)行了一個(gè)初步分析以比較OMAP3530與OMAP2420之間的異同。

OMAP平臺(tái)是為包括手機(jī)、GPS系統(tǒng)和筆記本電腦等移動(dòng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。OMAP移動(dòng)AP在單芯片內(nèi)整合了多種特性。其裸片內(nèi)有四個(gè)可單獨(dú)控制的獨(dú)立模塊、從而允許同時(shí)進(jìn)行并行應(yīng)用處理。這種設(shè)計(jì)還允許將不用的模塊單獨(dú)斷電以降低功耗。這四個(gè)主要模塊是：ARM核、圖形加速器、成像和視頻加速器（IVA）以及DSP處理器。

OMAP2420采用90nm銅CMOS工藝制造，其裸片面積為74mm2。OMAP3530采用的則是更先進(jìn)的65nm銅CMOS工藝，其裸片面積縮減接近20%，只有60mm2，而器件的功能性也大為改善。

必須對(duì)OMAP3530的封裝進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)功能提升。OMAP2420采用的是12mm×12mm、325腳BGA封裝；而OMAP3530同樣是12mm×12mm，但使用的是515腳BGA封裝。倒裝邦定(flip chip bonding)是封裝的有趣特性之一。大部分制造商利用分布在裸片表面的焊凸點(diǎn)（solder bumps）與BGA的互連體（interposer）進(jìn)行電氣連接。在典型的倒裝芯片的組裝過程中，裸片與焊凸點(diǎn)貼在一起使其與互連體的基底接觸，然后使其經(jīng)歷一個(gè)熱循環(huán)以允許焊料流動(dòng)。而OMAP3530使用的是類似線綁定技術(shù)但沒有引線的金球。

OMAP3530和OMAP2420的功能類似，但OMAP3530的演變比OMAP2420當(dāng)時(shí)的革命性推出更震撼。但這并不意味著OMAP2420劣于市場(chǎng)上的其它器件。OMAP2420進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)的確就是那些功能，它需要時(shí)間來決定市場(chǎng)到底還需要哪些功能。

ARM核是最大演變之一。在OMAP2420中，TI整合的是330MHz的ARM1136核，因ARM11在當(dāng)時(shí)是很先進(jìn)的一種內(nèi)核，所以許多其它的基帶和AP產(chǎn)品也選用了ARM11內(nèi)核。OMAP3530選擇使用新的內(nèi)核，包括一個(gè)600MHz的ARM Cortex-A8核。新ARM核是個(gè)相對(duì)較新的處理器IP塊,具備256KB二級(jí)緩存。計(jì)算得出的面積超出了ARM公司宣稱的面積（4mm2/65nm工藝）。核模塊可能還包含一個(gè)嵌入式跟蹤宏核（ETM）和NEON協(xié)處理器，因此以前的ARM1136核是5mm2，而新的ARM Cortex-A8核則是8.9mm2。

Semiconductor Insights是首次遇到ARM Cortex-A8內(nèi)核，它是ARM公司的一款超標(biāo)量處理器。該內(nèi)核使用了NEON技術(shù)進(jìn)行多媒體和信號(hào)處理。它擁有類似Java語言用于執(zhí)行的Jazelle實(shí)時(shí)編輯目標(biāo)（RCT），以及增強(qiáng)的代碼密度和Thumb-2技術(shù)所帶來的性能。最后，它支持可實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)安全性能的TrustZone技術(shù)。

兩款器件都支持2D/3D圖形加速。OMAP2420可執(zhí)行最多2Mpps(百萬多邊形每秒)的運(yùn)算。OMAP3530可執(zhí)行高達(dá)10Mpps的運(yùn)算，是OMAP2420的5倍。OMAP3530還整合了像素著色引擎(pixel shader)和頂點(diǎn)著色引擎（vertex shader）,支持API和抗混疊（anti-aliasing）功能以實(shí)現(xiàn)更好的圖像質(zhì)量。隨著移動(dòng)游戲以及諸如GPS等移動(dòng)應(yīng)用變得益發(fā)復(fù)雜，新增功能實(shí)現(xiàn)了更好的控制和性能。得益于光刻線度的縮微，新內(nèi)核體積從6.5mm2縮減到5.5mm2。

OMAP3530的IVA已升級(jí)至2.2版本。它包含一個(gè)430MHz的TMS320C64x+ DSP核，其體積幾乎翻了一翻，從3.5mm2增大到6.1mm2，但其性能也確比OMAP2420所用DSP核強(qiáng)大得多。

OMAP移動(dòng)AP的DSP核從220MHz的TMS320C55x升級(jí)為先進(jìn)的超長(zhǎng)指令字（VLIW）TMS320C64x+。新DSP核有6個(gè)先進(jìn)邏輯單元，在每一時(shí)鐘周期，每個(gè)邏輯單元都可支持單32位、雙16位或四個(gè)8位運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了多個(gè)應(yīng)用的并行處理。

OMAP3系列產(chǎn)品具有更豐富和更先進(jìn)的功能。如OMAP3430可顯示720p分辨率高清視頻。手機(jī)的小屏幕也許無法使用如此高的圖像質(zhì)量，但某些場(chǎng)合仍可令其物盡其用。例如，將手機(jī)連接視頻投影儀以觀看視頻，而正在投放市場(chǎng)的微型便攜投影儀能夠直接連接手機(jī)。想像一下：下載十多部電影放到手機(jī)內(nèi)，旅行過程中可在飯店的房間內(nèi)盡情觀賞高清投影的情景。這難道不會(huì)令視頻iPod倏然變成“雞肋”嗎？

圖1：TI第二代移動(dòng)應(yīng)用處理器OMAP2420具有330MHz的ARM1136核（右下：數(shù)字模塊是帶圖形加速器的ARM11核；右上：IVA模塊）

圖2： OMAP3530整合了600MHz ARM Cortex-A8核（左下：2D/3D圖形加速器；右下：IVA 2.2）