从桌面到手持超便携计算再起风云

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  你是否已厌倦了英特尔和AMD在桌面CPU上无休止的频率竞争、多核竞赛?你是否对最新的GT200和RV770已经产生了“审美疲劳”?没关系,2008年的主角或许已不是它们,那些专门为超便携移动设备打造的低功耗袖珍处理器将成为新的焦点。
  
  
  20年前,新媒体之父尼葛洛庞帝就预言计算将会无处不在。在当时,一部电脑的售价和体积都相当惊人,要把电脑抱着到处走绝对是件不可能完成的任务。随后的十多年间,我们见证了笔记本电脑的诞生、智能手机的普及以及局域/广域无线网络的快速崛起。
  时至今日,我们已经生活在一个随处可以上网的时代。有了网络的支持,无处不在的计算也不再是空中楼阁。经历了2006年智能手机彻底击垮PDA,笔记本电脑和台式机分庭抗礼后,移动计算已经成为我们生活中不可或缺的部分。然而,面对各种特效繁多的网页,声音、图片、视频并茂的PPT,即便再强的智能手机也无法应对。而笔记本电脑的体积也注定不会成为我们随身携带的伙伴——人们迫切需要一个性能超越智能手机、体积远小于笔记本电脑的移动计算设备——超便携电脑至此应运而生。初期的超便携电脑大多采用微软UMPC设计规范,并且搭配Windows XPTable PC操作系统,这些超便携电脑虽然成功缩小了体积,但内部仍然采用和PC一致的硬件配置。这些产品在续航能力和功耗控制上还不够理想,而且一部超便携电脑的售价甚至超过笔记本电脑,高昂的价格成为超便携设备难以逾越的鸿沟。
  在众多UMPC叫好不叫座的同时,2007年一款并不起眼的低价电脑——华硕Eee PC却受到了市场的疯狂追捧。Eee PC没有强大的硬件配置和华丽的功能,甚至第一代Eee PC连安装Windows XP都得费一番功夫,但它却紧紧抓住了低价、小巧、好用三个关键点。毫不夸张的说,Eee PC的成功让众多厂商看到了超便携计算的广阔前景,只是这样的前景是以低价小巧为诉求,并非他们之前认为的高价高性能。
  虽然获得了不小的成功,但是初代Eee PC也遭遇不少质疑。其中较差的电池续航能力、过低的硬件配置都成了消费者经常抱怨的问题。都说巧妇难为无米之炊,Eee PC中使用的CPU和主板芯片组并非专为超便携电脑设计。超便携计算平台的市场空挡至此显现,而各家芯片厂商又怎么会放过这样的大好机会呢?
  和桌面CPU市场一党独大的局面不同,超便携计算平台较桌面市场更为封闭,技术门槛也不算太高,这让饱受英特尔压迫的威盛、新生代厂商NVIDIA看到了机会。在英特尔于2008年4月正式发布Atom处理器后不久,威盛Nano、NVIDIATegra处理器紧随而来,大战一触即发,超便携计算领域正式进入了群雄逐鹿的时代。
  首先,我们不妨先来看看三家厂商各自在超便携计算平台上的发展历程,是什么能让它们在如此密集的时间段内先后推出自己的产品?在高调发展超便携处理器的背后,又隐藏着怎样的企图心?
  
  威盛:偏安一隅,因祸得福
  
  许多人以为英特尔Atom处理器是整个超便携计算领域的先行,殊不知在收购Cyrix CPU部门后一直低调的威盛早在2006年就开始打超便捷计算的主意。由于研发能力上的差异,威盛始终未能在桌面计算市场有所斩获,威盛C7在性能上甚至不敌英特尔Celeron处理器。为了寻求突破,威盛祭起了低功耗的法宝。
  和主流桌面处理器动辄50W TDP功耗相比,C7处理器的TDP仅为20W。如此低的功耗使得C7能被装入狭小的外壳内,实现各种嵌入式应用,威盛也顺水推舟大力推进只有信用卡大小的Pico-ITX主板架构。随着微软的UMPC概念的热炒,初期不少UMPC产品都采用了C7-M处理器。在不少特种电脑和嵌入式架构中,C7同样有着不小的影响力。
  如果说C7在超便携计算领域的成功让人们看到X86指令集处理器的潜力的话,那么Nano则为威盛进军超便携计算市场吹响了号角。代号Isaiah的64位超标量微架构早在2004年就开始由原Centaur Technology团队研发,随后4年间威盛进一步完善了Isaiah微架构,并最终于2008年推出了采用此架构的Nano处理器。
  自威盛生产“中国芯”以来,就一直被AMD和英特尔有意无意的边缘化,近几年来我们甚至很难再看到威盛在这方面的相关报道。在埋头耕耘低功耗处理器多年后,超便携概念的兴起以及低价电脑的普及,让威盛找到了新的存在意义。借助这股突然兴起的“东风”,威盛有望重新获得在主流CPU领域的话语权,甚至可能突然壮大。原本我们以为威盛处理器会在沉默中慢慢消亡,想不到业界风向的变化让偏安一隅的威盛因祸得福,找到了新的支点。
  
  英特尔:以量取胜,成本为王
  
  如果说威盛让人们看到X86处理器也有超便携可能性的话,那英特尔则是发动这场总攻的幕后推手。在20 07年的I D F上,英特尔就已经宣布了MID(Mobile Internet Device,移动互联网终端)的概念。这种大于手机、小于笔记本电脑,运行完整版Windows/Linux的设备,似乎是当今富媒体时代下的救星。然而最初MID设备内的Celeron处理器无论是功耗还是速度都实在是不敢恭维。不小的体积和短命的电池,也一度成为业界的笑话。
  然而在一年后的今天,英特尔却使出了个漂亮的回马枪。2 0 0 8年2月,英特尔宣布代号为Silverthorne的移动处理器正式命名为Atom(凌动),并随即推出与处理器配套的Centrino Atom移动计算平台,主打手持设备领域。
  殊不知早在2004年,英特尔就已经为Atom埋下伏笔——2004年秋天,英特尔奥斯汀设计团队开始研究如何将X86处理器的芯片面积做得足够小,功耗足够低,以便在一个管芯(DIE)中放入几十个内核。整个X86处理器“瘦身”计划在公司内部被称作BonnellCore——Bonnell是奥斯汀地区最高一座山脉的名字。
  也许是歪打正着,在研究过程中奥斯汀团队发现,新的CPU虽然未能实现几十个内核,但新设计让单个内核的功耗和体积都变得非常小,即便将它们放入手机和便携设备中,仍然能在性能和功耗上取得优秀的平衡。就这样,英特尔奥斯汀团队在迈向ManyCore的道路上,通过组合Bonnell内核、前端总线、二级缓存意外收获了代号Silverthorne的超低功耗处理器。2007年6月,英特尔CEO欧德宁在接受德文报纸《Frankfurter Allgemeine Zeitung》访谈中就透露公司未来的移动处理器Silverthorne的重要性,将和公司历史上的8088处理器以及1994年的Pentium相提并论。
  
  NVIDIA:醉翁之意不在酒
  
  自从NVIDIA GeForce 8800GTX占据了DX10显卡 时代的制高点,NVIDIA在图形卡领域就获得了压倒性的优势。在竞争对手陷入低迷后,NVIDIA有更多的精力来拓展新的领域。继收购Portalplay获得MP3/MP4播放芯片设计能力后,NVIDIA终于在2008年推出了旗下首个CPU产品——Tegra。
  和英特尔Atom、威盛Nano倡导的X86全面微型化不同,NVIDIA选择了一条保守的道路——继续使用ARM指令集。一直以来ARM指令集都在超便携和移动设备中拥有压倒性的市场份额。无论是Windows Mobile还是Symbian乃至Google的Andriod,都基于ARM指令集。然而拥有ARM指令集专利的A R M公司,自身并不生产C P U,而采用专利授权的方法将CPU体系架构和指令集授权给各个厂商。包括Ti、Samsung、NVIDIA、Freescale、Marvell、Agere、Broadcom等大量厂商都能生产基于ARM指令集的CPU。英特尔的Xscale CPU也同样基于ARM指令集,只是因为Xscale部门盈利能力不佳,在2006年被出售给了Marvell。
  作为C PU市场的首个产品,许多评论认为Tegra并没有太多新意,只是ARM家族的又一个平庸之作。不过,谁也无法否认,Tegra只是NVIDIA小试牛刀的作品。NVIDIA的终极目标仍然是X86处理器。由于NVIDIA在桌面芯片组市场仍然需要英特尔提供支持,如果此时贸然推出X86处理器将会激怒英特尔,招来强力的打压。Tegra则很好地避开了业界老大的锋芒。都说醉翁之意不在酒,Tegra不过是NVIDIA在CPU征途上的一块垫脚石。
  
  产品竞争孰优孰劣
  
  看过了三家厂商在超便携计算平台上的发展历程,那么它们最新的产品又有什么特点?优势又何在?先说威盛的Nano。首先,Nano在相同频率下将会提供两倍于C7的整数性能以及4倍于C7的浮点性能。初期Nano处理器由富士通采用65纳米制程制造,在后期则会过渡到45纳米制程。在新制程的支持下,Nano虽然晶体管数量大幅提升,但CPU功耗却仍然维持在很低的水平。根据工作频率的不同,Nano处理器功耗在5W~25W之间,待机情况下功耗更只有0.1W。对于UMPC、MID等超便携计算设备来说,Nano显然是个不错的选择。
  而再来看Atom。在英特尔处理器家族中,Atom拥有最小的芯片面积和最低的功耗,即便频率达到2GHz,Atom的TDP也不过2W。在300毫米晶圆上能切割出大约2500片Atom,并且良品率高达90%,它的成本之低可见一斑。英特尔作为三大巨头中唯一有量产能力的CPU制造商,Atom在成本控制和制程方面有着压倒性的优势。
  NVIDIA的Tegra基于ARM11 MPcore多内核架构,这意味着Tegra无法运行我们桌面上任何X86程序。虽然在程序功能上Tegra并没办法和Nano以及Atom相提并论,但NVIDIA的老本行图形卡技术还是为Tegra提供了强大的竞争力。在Tegra芯片中集成了被称作HD AVP的高清音频视频处理内核、ULP(超低功耗)GeForceGPU。通过单芯片内核 GPU AVP的设计,搭载Tegra处理器的移动设备可以流畅地通过HDMI接口输出720P高清视频,在NVIDIA发布当天的演示中,基于Tegra处理器的移动设备甚至能流畅运行Quake3。在设计理念上NVIDIA选择了稳健的道路,虽然Tegra无法和另外两大巨头的CPU抗衡,但却当之无愧地获得ARM芯片性能之王的称号。借助Windows Mobile平台的上升趋势,Tegra将会有更大的发展空间。
  
  联手威盛,NVIDIA的合纵计
  
  从表面上看超便携处理器版图似乎呈现三足鼎立的态势。但实际上却更多是威盛和英特尔的针锋相对,而Tegra的对手则是其它ARM处理器供应商。然而在半导体技术的快速进步下,曾经被认为小型化无望的X86指令集,也终于获得了翻身的机会,试图对ARM统治的世界发起猛攻。对比ARM和X86指令集以及相关周边,我们可以很容易地发现,ARM处理器在运行各种复杂媒体应用时性能绝非X86处理器的对手,ARM所剩下的更多是芯片规模以及待机功耗上的优势。
  然而A R M处理器采用的授权方式为整个ARM处理器市场培养了大量的竞争者,其中就包括了Ti、Broadcom、飞思卡尔、Marvell甚至是三星。即便是英特尔面对如此鼎盛的阵营也要让步三分,NVIDIA一旦遭遇对手们的围攻,Tegra能否抵挡仍然是未知数。在业界支持度方面,Tegra发布时并没有重量级厂商同期推出相应产品,可见NVIDIA要赶上其它ARM们仍然有很长的路要走。
  一直以来业界就有英特尔联盟的“传统”,从UMPC到MID一直是英特尔和微软合作无间。作为X86的坚定支持者,微软的Windows Mobile只是不得已要和Nokia主导的Symbian竞争才使用了ARM指令集架构,一旦英特尔X86处理器的功耗和成本足够低,基于标准Windows内核的手持操作系统绝对能信手拈来。凭借Windows以及标准Office、IE等应用的强大号召力,ARM阵营实在难以招架。NVIDIA同样看到了ARM的隐忧,所以在Te g ra推出前夕业界风传NVIDIA即将收购威盛,以借助其在X86处理器领域的技术储备。
  为了阻击N V I D I A收购威盛,英特尔以停止下一代FS B总线授权相威胁,要求N V I D I A停止收购威盛的计划。这不由于让我们想起当年,拥有处理器产品线的威盛开始起飞之时,英特尔为阻止威盛平台坐大,以芯片组授权协定牵制威盛下一代产品技术研发,导致其芯片组业务逐步没落,拖累整体营运。而英特尔这次故技重施,又成功地让角力的结果以NVIDIA的让步而收场。然而故事并没有结束,2008年6月4日,NVIDIA宣布与威盛达成合作伙伴关系,前者将会为Nano处理器开发配套的芯片组产品,并且参与Nano以及其后续处理器的开发进程。
  事实上NVIDIA染指X86处理器的计划从未停止,在2006年NVIDIA就收购了Stexar公司——一家由原Pentium4研发团队离开英特尔后所创办的公司。该公司拥有PentiumII/III/4架构设计师RandySteck以及超线程之父Darrel Boggs等X86处理器领域风云人物,许多分析甚至认为NVIDIA内部甚至已经完成了一款X86处理器设计。在NVIDIA和威盛一拍即合的大背景下,英特尔Atom所面临的挑战是前所未有的。
  
  拉拢下游,英特尔的连横计
  
  转过头来看看英特尔的动作。在出售Xscale部门后,英特尔就 孤注一掷地希望X86能蚕食ARM,然而超便携和手持移动设备市场相对桌面电脑和服务器领域更为封闭,很少会有标准化的硬件架构出现。无论是手机还是MID,甚至是PDA和PSP,几乎都使用完全封闭的架构,这样一来消费者就不再热衷于得知自己的超便携计算设备使用的是什么样的操作系统和硬件配备,所以Atom能否获得消费电子传统厂商的青睐也就成了未知数。而英特尔强调地随处可以上网,在国内Wi-Fi并不普及、WiMAX服务也没开通的地区,要做到这点难于登天。
  除了应用模式的缺失,摆在英特尔面前的还有技术上的难题——采用顺序执行的Atom处理器功耗成功下降,但是也付出了沉重的性能代价。运行完整版Windows XP就已经气喘吁吁,更遑论Windows Vista了。与此同时,英特尔迟迟无法在配套芯片组方面有所突破,与Atom配套的945GC芯片组无论是芯片面积还是芯片功耗都远高于Atom,这使得整个基于Atom的超便携电脑、MID设备并不省电,体积也很难进一步缩小。而英特尔更是要到2009年才能推出集成主板芯片组的Atom处理器。在这以前比手掌略大的MID设备,已经是英特尔微型化的最好成绩了。
  虽然面对重重困难,但英特尔仍然有业界最高支持度这张王牌。新的Atom除了获得大量整机厂商的支持,英特尔还希望借助迅驰的品牌效应和平台策略来推广Atom。根据英特尔的规划,Atom处理器也将会并入Centrino移动计算平台。采用指定Atom、无线网卡和芯片组的超便携电脑可以获得Centrino Atom的Logo认证。和威盛、NVIDIA惨淡的首发阵营相比,英特尔的联盟厂商可谓阵容鼎盛。在2008年春季IDF上,包括联想、清华同方、华硕、微星、Acer在内的众多整机厂商就已经展出了基于Atom处理器的MID设备,而华硕Eee PC系列电脑也将会在近期改用Atom平台。英特尔更是亲自推出了Nettop、Classmate PC等一系列眼花缭乱的概念,在无与伦比的业界号召力下Atom的曝光率和认知度无容置疑。
  
  MC观点:虽然三大厂商各有算盘,但它们之间却有个共同点,那就是希望拆除桌面、笔记本电脑和手持设备之间的隔阂,从而领跑后移动计算时代。为了达成这个目标,英特尔和威盛选择直接引入X86指令集,打通桌面软件应用迈向手持设备的高速路,而NVIDIA则采用迂回策略,从功能入手,希望用另一种方法来实现媲美桌面电脑的功能和性能。而最终谁将占据主导地位,现在看来还很难说。但随着超便携电脑市场的做大,芯片级厂商间的竞争也一定会越来越激烈,别忘了还有AMD这个大佬,据悉其第一款采用Fusion架构的超便携处理器随时会杀入市场来。而多方对抗的最大好处,当然还是让消费者的选择更丰富。所以我们大可期待这场超便携计算平台之争打得再激烈些。
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