Transmeta CPU的關鍵技術與特色

Transmeta關鍵技術有(1)軟硬體混合架構及(2)LongRun電源管理技術，茲分述如下：

(1)軟硬體混合架構

傳統的X86(或X86相容)CPU基本上乃是以硬體來建構其X86 CPU的功能，而Transmeta為了減少電晶體以達省電的功能(IC耗電量與其電晶體數大約成正比)，乃以簡潔的超長指令(Very Long Instruction Word;VLIW)核心配合一套稱為CMS(Code Morphing Software)之指令翻譯軟體來建構其X86相容CPU(圖一)。其中的VLIW核心的原始指令與X86指令是完全不同的，為了能執行X86指令，必須配令CMS將X86指令翻譯成VLIW原始指令才交給VLIW核心執行。

《圖一　Transmeta CPU的軟硬體架構》

事實上CMS係改良自1980年代的指令模擬技術(Instruction Emulation)與動態翻譯技術(Just-In-Time Compilation)，已商品化的X86模擬器有Sun的WABI(SPARC用)、Compaq的FX!32(Alpha用)，及Insignia的SoftWindows(Power PC用)等，但以上產品都會有效率低落(約只有原始指令之20%)且無法達到100%相容的缺點。而Transmeta之CMS的重要成就即在於將加速CMS之硬體預先設計在VLIW核心裡面[(圖二)、(圖三)陰影部份即為配合CMS與省電功能之硬體]，使根據Transmeta之報告其模擬效率達75%，且達到100%相容。

《圖二　TM3120方塊圖》

《圖三　TM5400方塊圖》

(2)LongRun電源管理技術

為了進一步節省電源，Transmeta還在較高階的TM5400中設計了一套電源管理硬體與CMS配合。LongRun總共有16階的電壓/頻率可供調整(表一)，利用CMS軟體所收集到的CPU使用率(Utilization)資訊來設定電壓與工作頻率；因為消耗功率與CV2f成正比，所以較小之電壓與工作頻率可以節省功率之消耗。在調整工作頻率時可一次到目標頻率，電壓則分成多次調整，但因調整速度都很快，所以使用者幾乎感覺不到。

《表一　Long Run電源管理為TM5400提供16階之頻率/電壓》

(表二)說明TM3120與TM5400之重要規格，其中TM3120目標市場為Information Appliance(如Web PAD，STB，Thin Client等)的應用，而TM5400目標市場則為超薄型NoteBook PC之應用。

《表二　TM3210與TM5400重要規格》

(表三)則說明TM3120、TM5400與Intel Pentium Ⅲ之消耗功率比較，可以清楚的看成兩者皆比P Ⅲ省電，TM5400功率大約只有P Ⅲ的25%左右，而TM3120因不具LongRun電源管理所以平均功率稍高。

由各種應用來分析Transmeta所帶來之衝擊

(1)各種不同應用之CPU消耗功率/效能分析

輕薄短小可攜式設備已成為現今及未來電子設備之重要趨勢，而上網的能力更是一項重要功能。一般而言，可攜式設備大致可以分成三大類，一為體積最小最輕巧之Palm Size PC或Hand-hold PC，此類設備要求CPU的消耗功率小於0.4W，而且效能在20~100 MIPS中間，其中如Palm Pilot功能簡單者約20 MIPS之CPU即可；但如包含較複雜之功能，需配合如Win CE等OS，則需約100 MIPS之CPU。第二類則是通稱為Information Appliance之設備，如Web PAD、Thin Client及STB，上網與Email是其基本功能，其中如Web PAD更需可攜帶，其CPU耗能需小於4W，且效能需達200MIPS以上，以便執行Mobile Linux、pSOS等Real-time OS。第三類則是超薄型之NoteBook PC，因為體積小，不能使用散熱風散，所以CPU耗能必須小於8W，而CPU效能最好大於300 MIPS；且為了能使用既有之PC軟體，95%以上是X86相容CPU。(表四)是以上三類應用之CPU功率及效能範圍之簡述。

《表四　可攜式電子裝置之分類與CPU效能/功率限制》

(2)Palm-size PC或Hand-held PC

此類型應用之主要CPU有Strong ARM、MIPS、SH3等(表五)。因為消耗功率必須小於0.4W，所以Transmeta之CPU並不適用，故不會受到Transmeta CPU之影響。

《表五　主要Palm-Size PC用CPU重要規格比較》

(3)Information Appliance

此類應用需要比Palm-size PC較多之功能，本身即具上網通訊介面，通常會執行Mobile Linux或其他Real-time O.S.，而上網與電子郵件為必須之功能；有時為了能執行相容軟體亦會選擇Window98為O.S.。

這類應用主要是CPU有NS之Geode GX1及GXLV(表六)，這兩種CPU皆與Media GXm架構相同，只是製程不同而已；此外，NS亦將推出下代之Geode SC1400高整合型CPU。Transmeta的TM3120以其優異之效能將在此領域造成衝擊，尤其是未來將進入此領域之廠家威盛、矽統、STM、Rise將備受壓力，NS因有高度整合之優勢受到的影響不會太大。NS與Transmeta有成為前二大之潛力，因為這個領域是Intel所未涉足之領域，所以Transmeta初期將以此領域為重心。

《表六　主要IA用CPU重要規格比較》

(4)超薄型Notebook PC

此領域CPU的功率消秏必須小於8W，其實是利潤最豐厚之領域，過去幾乎無人能與Intel競爭。AMD之Notebook CPU耗電一直超過10W，所以只能專攻體積較大之Notebook PC市場；而Transmeta TM5400的低秏電將可設計出優異之超薄Notebook PC，而且亦可省去複雜之散熱Heat Pipe機構，但最重要的是可延長電池使用時間達3~4倍。可以想見Intel必然以各種行銷手段阻止系統廠商使用Transmeta CPU，未來與Transmeta將有一番激烈之攻防戰。

結論

(1)Transmeta以專利築起進入障礙

欲設計高效能與低秏電CPU，除了由製程著手外，Transmeta的方法的確是一個有效的方法。當然Transmeta亦已在整個CMS與電源管理獲得4個專利，未來必然將以更多專利足以成為後來者之進入障礙，這是Transmeta之重要策略。

(2)未來觀察重點

Transmeta的CPU雖然不是當今最省電的CPU，而且並不適用在Palm-size PC，但比起Intel、AMD、VIA及Rise之X86產品，它的確具有最高的之效能功率比。

雖然打進CPU市場需要極大之後勸支援，預估Transmeta將在Information Appliance與超薄型Notebook PC領域產生不小的衝擊。而未來Transmeta的產品是否可以具有100%相容與75%之高效率指令模擬是後續觀察重點，亦是能否打破Intel寡佔Notebook CPU市場之關鍵。