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控制技術/MCU  

新一代ARM核心提升效能 探析TI OMAP處理器演進

上網時間: 2008年11月21日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:OMAP2420  OMAP3530  行動應用處理器 

經過將近兩年的長久等待後,德州儀器(TI)公司再度為其廣為成功的OMAP行動應用處理器系列增添新一代的OMAP3530元件。OMAP系列行動應用處理器還包括OMAP2420,該元件已廣泛用於諾基亞(Nokia)公司N93和N95等許多行動消費應用中。Semiconductor Insights公司最近針對這款OMAP3530與其前一代產品OMAP2420進行了初步的分析比較。

OMAP平台是專為手機、GPS系統和筆記型電腦等行動應用而設計的。在單一晶片中整合了各種特性,並可為四個能夠分別加以控制的獨立模組,以實現同步化的平行應用處理。這種設計還能讓閒置不用的模組分別進行斷電,以節省電池消耗。這四個主要的模組為ARM核心、繪圖加速器、影像與視訊加速器(IVA),以及數位訊號處理器(DSP)。

OMAP2420的設計採用90nm CMOS銅製程製造,整個晶片面積約為74mm2。相形之下,OMAP3530採用更先進的65nm CMOS銅製程,使其不但可提供更先進的功能,同時也大幅縮減了將近20%的空間,整體晶片面積僅60mm2。

為了更進一步提升OMAP3530功能,TI勢必要改變原有的封裝方式。OMAP2420採用了12mm x 12mm、325接腳的BGA封裝;而OMAP3530則為12mm x 12mm、515接腳的BGA封裝。這一封裝的一個有趣特性在於其覆晶(flip chip)接合的方式。大部份的製造商都利用分佈在晶片表面的焊接凸點(solder bump)來與BGA的中介層(interposer)進行電氣連接。在典型的覆晶封裝黏著過程中,晶片與焊接凸點共同置放使其與中介層底接觸,然後經過一個熱循環後形成焊料流動。而OMAP3530採用的金球是一種類似於線接合但卻無接腳的焊接技術。

革命性進展

OMAP3530和OMAP2420的功能類似,但OMAP3530為此方案所提供的革新,比起OMAP2420推出當時更令人震撼。然而,這並不表示OMAP2420比市場上的其它元件遜色,只是OMAP2420在導入市場時就只能提供這麼多的功能,其它的還有待時間來決定到底還需要哪些功能。

這一產品革新的最大變化之一就是ARM核心。針對OMAP2420元件,TI整合了330MHz的ARM1136核心。由於它在推出當時已是非常先進的核心之一,所以也被應用在許多其它基頻和應用處理器供應商的產品中。OMAP3530的核心則採取了全新設計,其中包括一個600MHz的ARM Cortex-A8核心。這一款ARM核心是一種相當新的處理器IP模組,具備256KB的L2快取記憶體。但實際計算其面積卻發現超出了ARM所宣稱採用65nm製程的4mm2,因此,該核心模組可能還包含一個嵌入式追蹤巨集單元(ETM)和NEON協同處理器。先前的ARM1136核心面積為5mm2,而新的ARM Cortex-A8核心面積則有8.9mm2。

這是Semiconductor Insights首次拆解到ARM公司的超純量處理器Cortex-A8核心。該核心利用NEON技術以加速多媒體編解碼與訊號處理,並採用了Jazelle即時編譯目標(RCT)架構,以執行類似Java等編碼語言。它還搭載了增強的編碼密度和Thumb-2效能。此外,它還支援可實現更先進安全性能的TrustZone技術。

這兩款元件都可支援2D和3D繪圖加速。OMAP2420最多可執行2Mpps(百萬個多邊形/每秒)的運算效能;而OMAP3530的運算能力更高出五倍,可執行高達10Mpps的運算速度。OMAP3530還採用了畫素和頂點著色引擎、支援API和抗鋸齒(anti-aliasing)功能,以實現更優質的影像。隨著諸如GPS等行動遊戲和應用變得越來越複雜,這一新增的功能也帶來了更佳操控性與性能加速。但由於微影的線距縮微,使得新核心的尺寸面積也從6.5mm2縮減到5.5mm2。

OMAP3530內部的成像和視訊加速器(IVA)版本已升級到2.2版,它包含一個430MHz的TMS320C64x+ DSP核心。這一核心尺寸從3.5mm2增加到6.1mm2,幾乎多了一倍,但其性能確實比OMAP2420原先所用的核心更強大得多。

這一DSP已從220MHz的TMS320C55x DSP心升級為先進的超長指令集(VLIW)TMS320C64x+ DSP核心。新的DSP核心有6個先進邏輯單元,在每一時脈週期中,每個邏輯單元都可支援單一32位元、雙16位元或四個8位元的運算,同步實現多個應用的平行處理。

OMAP3產品系列的其它成員更進一步擴展了豐富和先進的功能。例如,OMAP3430可顯示720p解析度(1,280 x 720畫素)的視訊,以支援高解析(HD)影像顯示。或許手機螢幕的顯示器尺寸小而無法利用這麼高畫質的影像,但在某些應用場合仍能使其物盡其用。例如手機可連接到視訊投影機來觀看視訊,特別是目前正投入市場的一種微型(pico)可攜式投影機也可直接連接到手機中。試想一下在旅行期間,手機中所下載的十多部影片都可讓你在飯店房間內盡情觀賞高解析品質電影的情景──而這是否也可能對Video iPod帶來衝擊?

圖1:TI第二代行動應用處理器OMAP2420包含了330MHz的ARM1136核心(圖右下:數位模組包括ARM11核心與繪圖加速器;圖右上:為IVA模組)。
圖1:TI第二代行動應用處理器OMAP2420包含了330MHz的ARM1136核心(圖右下:數位模組包括ARM11核心與繪圖加速器;圖右上:為IVA模組)。

圖2:OMAP3530整合了600MHz ARM Cortex-A8核心(圖左下:2D/3D繪圖加速器;圖右:IVA 2.2版)。
圖2:OMAP3530整合了600MHz ARM Cortex-A8核心(圖左下:2D/3D繪圖加速器;圖右:IVA 2.2版)。

作者:Gregory Quirk

產品經理

TechOnline公司





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