Transmeta CPU的关键技术与特色
Transmeta关键技术有(1)软硬件混合架构及(2)LongRun电源管理技术,兹分述如下:
(1)软硬件混合架构
传统的X86(或X86兼容)CPU基本上乃是以硬件来建构其X86 CPU的功能,而Transmeta为了减少晶体管以达省电的功能(IC耗电量与其晶体管数大约成正比),乃以简洁的超长指令(Very Long Instruction Word;VLIW)核心配合一套称为CMS(Code Morphing Software)之指令翻译软件来建构其X86兼容CPU(图一)。其中的VLIW核心的原始指令与X86指令是完全不同的,为了能执行X86指令,必须配令CMS将X86指令翻译成VLIW原始指令才交给VLIW核心执行。
事实上CMS系改良自1980年代的指令仿真技术(Instruction Emulation)与动态翻译技术(Just-In-Time Compilation),已商品化的X86仿真器有Sun的WABI(SPARC用)、Compaq的FX!32(Alpha用),及Insignia的SoftWindows(Power PC用)等,但以上产品都会有效率低落(约只有原始指令之20%)且无法达到100%兼容的缺点。而Transmeta之CMS的重要成就即在于将加速CMS之硬件预先设计在VLIW核心里面[(图二)、(图三)阴影部份即为配合CMS与省电功能之硬件],使根据Transmeta之报告其仿真效率达75%,且达到100%兼容。
(2)LongRun电源管理技术
为了进一步节省电源,Transmeta还在较高阶的TM5400中设计了一套电源管理硬件与CMS配合。LongRun总共有16阶的电压/频率可供调整(表一),利用CMS软件所收集到的CPU使用率(Utilization)信息来设定电压与工作频率;因为消耗功率与CV2f成正比,所以较小之电压与工作频率可以节省功率之消耗。在调整工作频率时可一次到目标频率,电压则分成多次调整,但因调整速度都很快,所以用户几乎感觉不到。
![《表一 Long Run电源管理为TM5400提供16阶之频率/电压》](/art/2000/05/011355017062/t1.jpg)
《表一 Long Run电源管理为TM5400提供16阶之频率/电压》 |
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(表二)说明TM3120与TM5400之重要规格,其中TM3120目标市场为Information Appliance(如Web PAD,STB,Thin Client等)的应用,而TM5400目标市场则为超薄型NoteBook PC之应用。
(表三)则说明TM3120、TM5400与Intel Pentium Ⅲ之消耗功率比较,可以清楚的看成两者皆比P Ⅲ省电,TM5400功率大约只有P Ⅲ的25%左右,而TM3120因不具LongRun电源管理所以平均功率稍高。
由各种应用来分析Transmeta所带来之冲击
(1)各种不同应用之CPU消耗功率/效能分析
轻薄短小可携式设备已成为现今及未来电子设备之重要趋势,而上网的能力更是一项重要功能。一般而言,可携式设备大致可以分成三大类,一为体积最小最轻巧之Palm Size PC或Hand-hold PC,此类设备要求CPU的消耗功率小于0.4W,而且效能在20~100 MIPS中间,其中如Palm Pilot功能简单者约20 MIPS之CPU即可;但如包含较复杂之功能,需配合如Win CE等OS,则需约100 MIPS之CPU。第二类则是通称为Information Appliance之设备,如Web PAD、Thin Client及STB,上网与Email是其基本功能,其中如Web PAD更需可携带,其CPU耗能需小于4W,且效能需达200MIPS以上,以便执行Mobile Linux、pSOS等Real-time OS。第三类则是超薄型之NoteBook PC,因为体积小,不能使用散热风散,所以CPU耗能必须小于8W,而CPU效能最好大于300 MIPS;且为了能使用既有之PC软件,95%以上是X86兼容CPU。(表四)是以上三类应用之CPU功率及效能范围之简述。
![《表四 可携式电子装置之分类与CPU效能/功率限制》](/art/2000/05/011355017062/t4.jpg)
《表四 可携式电子装置之分类与CPU效能/功率限制》 |
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(2)Palm-size PC或Hand-held PC
此类型应用之主要CPU有Strong ARM、MIPS、SH3等(表五)。因为消耗功率必须小于0.4W,所以Transmeta之CPU并不适用,故不会受到Transmeta CPU之影响。
![《表五 主要Palm-Size PC用CPU重要规格比较》](/art/2000/05/011355017062/t5.jpg)
《表五 主要Palm-Size PC用CPU重要规格比较》 |
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(3)Information Appliance
此类应用需要比Palm-size PC较多之功能,本身即具上网通讯接口,通常会执行Mobile Linux或其他Real-time O.S.,而上网与电子邮件为必须之功能;有时为了能执行兼容软件亦会选择Window98为O.S.。
这类应用主要是CPU有NS之Geode GX1及GXLV(表六),这两种CPU皆与Media GXm架构相同,只是制程不同而已;此外,NS亦将推出下代之Geode SC1400高整合型CPU。Transmeta的TM3120以其优异之效能将在此领域造成冲击,尤其是未来将进入此领域之厂家威盛、硅统、STM、Rise将备受压力,NS因有高度整合之优势受到的影响不会太大。NS与Transmeta有成为前二大之潜力,因为这个领域是Intel所未涉足之领域,所以Transmeta初期将以此领域为重心。
(4)超薄型Notebook PC
此领域CPU的功率消秏必须小于8W,其实是利润最丰厚之领域,过去几乎无人能与Intel竞争。AMD之Notebook CPU耗电一直超过10W,所以只能专攻体积较大之Notebook PC市场;而Transmeta TM5400的低秏电将可设计出优异之超薄Notebook PC,而且亦可省去复杂之散热Heat Pipe机构,但最重要的是可延长电池使用时间达3~4倍。可以想见Intel必然以各种营销手段阻止系统厂商使用Transmeta CPU,未来与Transmeta将有一番激烈之攻防战。
结论
(1)Transmeta以专利筑起进入障碍
欲设计高效能与低秏电CPU,除了由制程着手外,Transmeta的方法的确是一个有效的方法。当然Transmeta亦已在整个CMS与电源管理获得4个专利,未来必然将以更多专利足以成为后来者之进入障碍,这是Transmeta之重要策略。
(2)未来观察重点
Transmeta的CPU虽然不是当今最省电的CPU,而且并不适用在Palm-size PC,但比起Intel、AMD、VIA及Rise之X86产品,它的确具有最高的之效能功率比。
虽然打进CPU市场需要极大之后劝支持,预估Transmeta将在Information Appliance与超薄型Notebook PC领域产生不小的冲击。而未来Transmeta的产品是否可以具有100%兼容与75%之高效率指令仿真是后续观察重点,亦是能否打破Intel寡占Notebook CPU市场之关键。