零件採購－X86行動處理器解決方案

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零件採購－X86行動處理器解決方案

林宗輝╱DIGITIMES

前言：在傳統嵌入式市場中，一般人的概念就以RISC體系的處理器為主，不論是在伺服器、網路通訊產品、或者是多媒體播放裝置、甚至行動裝置，X86有什麼解決方案拓展新的應用與市場？

內建的處理器幾乎都是RISC陣營的天下，為什麼為有這樣的情況呢？首先，RISC處理器擁有架構簡單的優點， 晶片複雜度較低，其次，在許多功耗敏感的應用中，RISC可以在擁有足夠效能的前提之下，仍然保有極低功耗的表現，不過隨著X86陣營在製程、省電技術的 逐漸進步，加上傳統的PC應用已經很難再變出新把戲，為了拓展新的應用與市場，X86陣營中的大廠也先後將低功耗版處理器投入到嵌入式應用中。

X86 處理器基於CISC複雜指令集，一般來說，這些指令集的初始設計目的是為了節省儲存空間，而非良好的效率表現，也因此，為了要能夠有效處理這些肥大的指令 集包袱，X86處理器無不在架構上極盡可能，從亂序執行、管線化、超純量到SIMD指令集的導入，X86早已經不是昔日的吳下阿蒙。話雖如此， X86廠商填鴨式的將新技術一股腦的塞進X86處理器中，不僅讓電晶體數量如吹氣般的膨脹，也讓功耗難以維持在合理的範圍，以Intel的桌上型處理器為 例，其最高熱功耗就曾高達150W，實際滿載功耗可能要超過200W，以1部包含螢幕以及其他周邊的完整電腦來說，單是處理器就要吃掉總功耗的一半以上， 即使以高性能電腦平台來看，都相當的不合理，更遑論功耗更為敏感的嵌入式行動應用。

X86的行動應用其實早從筆記型電腦時 代就已經開始，在UMPC出現之前，早已經有所謂的次筆記型電腦，主打的就是比普通筆記型電腦更為輕薄的體積，螢幕也多從7吋到10吋左右，與目前的「大 型」UMPC相去不遠。次筆記型電腦的推行其實並不成功，除了缺乏手寫觸控功能以外，電池的續航力也不甚出色（但是比初代的UMPC好），而雖然當時的 X86廠商幾乎都有推出低功耗版本的處理器，但就兩大廠的立場來看，因為此類型應用需求少，畢竟銷售主力都在效能強大、功耗龐大的產品線，低功耗處理器並 非其主要營收來源，因此相關技術的發展相對不受重視，加上其價格策略之故，成本高昂，次筆記型電腦的售價也隨之高不可攀，連帶影響了整體的銷售成績。

而 除了兩大廠以外，也沒有其他半導體廠商可以提供給筆記型電腦製造商效能足夠，同時功耗表現優秀的X86產品，製造商所能選擇的方案很少，但即便是主流大廠 的低功耗處理器，其省電效果也往往差強人意，也因此行動應用仍穩穩的掌握在RISC處理器IP大廠手中。不過Intel與AMD在針對低功耗處理器方面， 都分別提出了各自的解決方案，Intel提出LPAI（Low Power on Intel Architecture）計畫，功耗範圍從0.5W到3W左右（不包含晶片組功耗），前導產品就是在Computex中大出風頭的Stealey，而 AMD則是提出了Bobcat計畫，根據目前的資料得知，其產品將基於Fusion體系，也就是整合了繪圖核心、處理器與晶片組的單一SoC，熱功耗範圍 在10W以下，但考慮到其整合性高，若真能如期推出，勢必對Intel的LPIA造成極大的威脅。VIA則是從封裝與整合更多的多媒體處理能力著手，未來 則是期望在維持目前的功耗狀態下，達到性能提升2倍的目的。

選擇行動裝置所要應用的X86處理器，在考量方面自然不外乎效 能、功耗、價格、封裝大小等等、開發難易度，效能雖然很重要，但是對於行動應用來說，並不是越多越好，而是要達到可以順暢的滿足所有必要的程式執行要求， 一般來說，應用在UMPC等行動裝置的X86處理器，多以舊款桌上型處理器核心精簡而成，而非真正對行動應用量身打造，因此在功耗與性能方面的均衡性，往 往不如ARM等特化過的處理器。一般處理器在進行通用運算，或者是多媒體處理時，如果是純粹以軟體的方式來達成，通常對功耗也會有負面的影響，且效果也將 不如硬體處理，加入SIMD處理單元，藉以加速影音串流的運算也是將來必走的趨勢。不過直接更動處理器的技術複雜度較高，因此附加專用的處理晶片，或是直 接在顯示晶片加入類似的處理單元，也成了可以接受的備選方案。

至於價格方面，雖然說在推動UMPC的行動之初，其目標價位 要在700美元左右，但事實上，基於獲利，或者是產品定位問題，這些產品定價都要上千美元起跳，畢竟目前需求尚未打開，產量少，即便採用價格最低的處理器 及晶片組，仍然未能保證產品的最終獲利。將來X86處理器若想要成功進佔行動市場，必先從應用著手，當消費者對類似產品的接受度提高，才有可能進一步降低 成本，因此從降低UMPC產品價格的觀點來看，其實採用不同廠商處理器方面的影響並不大，廠商在開發、行銷所投入的成本，以及這些成本回收的速度，才是選 擇處理器的關鍵。

■AMD Sempron 2100+

嚴 格上來說，此款處理器並非針對行動應用而來，但由於其TDP可達9W，因此也將之納入此次的比較。此款處理器主要是作為Geode NX產品線的高效能替代品，使用HyperTransport做連接介面，加上DDRII記憶體的支援能力，讓嵌入式系統擁有較以往更高的效能表現。此外 它也採用標準的Socket S1的封裝，不過與其搭配的晶片組為AMD690系列，晶片組功耗龐大，因此僅能應用於筆記型電腦產品，或者是擁有固定電源的嵌入式產品，不適合作為行動 應用的處理器架構。

■AMD Geode LX900

AMD 在行動應用方面起步相當慢，可以說遠遠落後於Intel與VIA，此款處理器的推出，主要是為了彌補舊款LX800在效能上的缺憾。與LX800相較起 來，LX900在時脈上略微提升了100MHz，而功耗也隨之上升到5.1W，由於整合了顯示模組功耗來源，所以還算可以接受，不過應用在UMPC產品 上，仍需要CS5536晶片組作為IO與音效的介面，在合理估計之下的功耗約1W至2W左右，加總起來，此產品在技術方面的競爭力並不強，AMD也知道自 己的弱勢所在，因此這款處理器與晶片組的套裝方案約在40美元以下，要比Intel及VIA來得便宜。

■C7-M ULV 779

VIA C7-M處理器共分兩個型號—普通版本及Ultra Low Voltage版本，C7-M普通版本型號擁有1.5GHz/400MHz FSB、1.6GHz/533MHz FSB、1.867GHz/533MHz FSB及最高速度的2GHz/533MHz FSB，電壓由1.004V至1.148V，最高功耗由12W至20W，在P-State模式下電壓會下調至0.844V，而功耗則只會有5W。 Ultra Low Voltage版本的C7-M處理器，擁有1GHz/400MHz FSB、1.2GHz/400MHz FSB及1.5GHz/400MHz FSB，由於ULV版本體質較佳，工作電壓只需要0.908V至0.956V，最高功耗由5W至7W左右。而ULV之中還會有一個Super ULV的C7-M 1GHz，也就是本次介紹的779，工作電壓可低至0.796V，最高功耗僅有3.5W。C7-M ULV 779的最大特色，就是非常節省的L2快取，這造成了2個結果，首先，就是成本和封裝大小能夠壓制在可接受的範圍內，其次，效能上偏弱勢也就成了無可避免 的結果，不過在高時脈運作下擁有最低的功耗，使其在UMPC領域中，成為不能忽視的第三勢力。

■Intel Celeron M 443

Celeron M 443是基於Yonah核心的超低功耗產品，此系列處理器均為65nm製程產品：一般版本410、420、430、440時脈分別為 1.46GHz、1.60GHz、1.73GHz、1.86GHz，前端匯流排533MHz，L2快取1MB，支援EDB防毒技術；至於低電壓版本423 時脈為 1.06GHz，功耗僅5.5W；低電壓版443時脈較高，可達1.2GHz，且功耗維持在同一水準。雖然是基於Yonah核心，但是基於產品區隔的理 由，並沒有加入SpeedStep電源管理技術，非常不利於應用在UMPC上。

■Intel Pentium M 773

超 低電壓版Pentium M CPU共有6款，採用Pentium M 7X3編號（編號尾數為3），從Pentium M 713到Pentium M 773，時脈從1.0GHz到1.3GHz。除了713採用130nm製程，且是基於Banias核心之外，其餘均為90nm製程，並且是基於較先進的 Dothan核心。這一系列的超低電壓CPU電壓均為0.94V，熱功耗為5W。除了超低電壓版之外， Pentium M還有四款低電壓版CPU，編號的尾數為8，分別為718、738、758、778，工作電壓為1.11V，功耗為10W。次系列處理器具備了 SpeedStep技術，具備較佳的電源管理能力。

■Intel Stealey A110

由 於前述2款處理器在快取記憶體方面相當龐大，封裝之後的晶片佔用面積極大，相當不利於體積小巧的UMPC或MID裝置的設計，加上Intel逐漸重視行動 市場，因此在今年推出了LPIA低功耗產品線，期望能在行動市場佔得先機。Stealey處理器有2款產品，分別是600MHz的A100與800MHz 的A110，搭配的晶片組為945GU。A100/A110處理器其實是前述Pentium的降頻款L2版本（從2MB降為512KB），因此封裝面積大 為縮小，且因為時脈調低的緣故，其TDP也略降為3W，效能表現也僅能達到Pentium M 773約3分之2的程度，不過藉此在使用本處理器的UMPC/MID連續使用時間上，取得了較為合理的數字（約5個小時）。

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