TI基于OMAP3平臺的MID解決方案
摘要： 移動因特網設備(MID)是一種集成了無線通信與計算功能的新興產品，旨在提供比筆記本電腦更高的便攜性和比手機更大的的顯示屏。作為MID制造廠家的重要解決方案供應商，德州儀器(TI)提供集成了arm Cortex-A8處理器、影像、視頻及圖形加速功能的單芯片OMAP3平臺，可充分滿足以最低功耗實現最高性能的要求。與Intel的雙芯片Atom解決方案相比，采用移動工藝設計的OMAP3處理器使制造商能夠構建尺寸更小、重量更輕、價格與功耗更低的高可擴展性產品，從而全面滿足從智能電話到MID的各種產品的需求。
Abstract：
Key words :
移動因特網設備(title="MID">MID)是一種集成了無線通信與計算功能的新興產品，旨在提供比筆記本電腦更高的便攜性和比手機更大的的顯示屏。作為MID制造廠家的重要解決方案供應商，德州儀器(TI) 提供集成了 ARM Cortex-A8處理器、影像、視頻及圖形加速功能的單芯片OMAP3平臺，可充分滿足以最低功耗實現最高性能的要求。與Intel的雙芯片Atom解決方案相比，采用移動工藝設計的OMAP3處理器使制造商能夠構建尺寸更小、重量更輕、價格與功耗更低的高可擴展性產品，從而全面滿足從智能電話到MID的各種產品的需求。
MID的特性和分類
MID的主要特性和功能包括：采用觸摸技術實現直觀易用的用戶界面；功能齊備的瀏覽器可實現無與倫比的因特網體驗；集成了Wi-Fi、WiMAX、3G手機以及藍牙等技術等寬帶與個人連接；可整頁顯示Web頁面的高分辨率顯示屏；一次充電即可滿足全天工作需求。
許多制造商正不斷將上述功能與蜂窩語音、一鍵式(One-click)Web2.0交互、高清音視頻、攝像機與照相機、效能工具、GPS導航、交互式3D游戲等功能整合到一起。MID終端設備包括多媒體手機、便攜式媒體播放器、具有無線連接功能的上網本、移動社交網絡設備、虛擬世界系統、便攜式導航工具、電子書以及其它新興應用等。盡管大多數MID面向個人用戶和普通的企業用戶，但這些產品的高度靈活性也使其在零售、醫藥、教育、交通和政府等垂直市場具有很大吸引力。
MID分為三大類：第一類是顯示屏尺寸約為3～4英寸、重量約為0.25磅的袖珍型產品；第二類是顯示屏尺寸約為4～7英寸、重量約為0.5磅的平板型；第三類是上網本，顯示屏尺寸約為7～10英寸，重量約為1磅。袖珍型MID(小型MID)代表了智能電話的發展方向，上網本則是筆記本電腦的“瘦身”版。平板型MID是一種新興組合，其定義還不完善，因而還潛藏著很大的創新空間。預計諸如便攜式導航設備與便攜式媒體播放器等傳統消費類電子產品，將增加移動因特網支持功能，因而也歸入平板型產品的范疇。
OMAP3平臺可充分滿足MID的系統要求
MID系統開發人員在選擇硅技術解決方案時，主要考慮問題是如何以最低功耗實現最高性能，同時盡可能縮小電路板與電池的尺寸，減輕重量，并最大限度地降低系統成本。此外，MID制造商還需要通過高度的軟硬件集成、出色的支持以及明確定義的未來產品發展規劃來實現產品的快速開發。TI通過為無線通信與移動計算平臺設計解決方案來積極滿足上述要求，并在該領域擁有超過15年的成功經驗。TI是設備制造行業公認的領先企業，其產品在實際運行時可實現業界最佳的單位功耗性能，并在待機狀態下具有最小漏電。
基于最新一代TI技術的OMAP3器件是業界首款采用ARM Cortex-A8處理器的產品。此外，這些片上系統(SoC)解決方案還集成了TI TMS320C64x數字信號處理器(DSP)，以及專門用于影像、視頻以及圖形的加速技術，從而可實現出色的因特網通信與多媒體性能，其低功耗特性在無需為電池充電的情況下，即可確保持續一整天的工作。以最低功耗實現最高性能的技術進一步擴展到了軟件與工具領域，且未來推出的各代OMAP技術都將不斷增強上述功能。
OMAP3平臺與Intel Atom平臺的對比
Intel x86技術通常面向PC領域，其最初的設計并非旨在滿足高級無線設備的移動技術要求。因此，Intel宣布推出的Atom戰略涉及幾代處理器與芯片組，以滿足整個MID市場對集成度及性能功耗比的要求。
Intel目前的MID解決方案包括兩種芯片：一是Atom CPU，二是被稱作System Controller Hub的獨立芯片組，可提供存儲器控制器、視頻解碼器、圖形引擎以及I/O等功能。如果采用外部存儲器與電源管理器件來支持這兩顆芯片，那么封裝總面積將達到666平方毫米。從Atom所需的全部板級空間來看，Atom更適用于2磅重的筆記本電腦，而不是0.5磅重的平板型MID或0.25磅重的小型MID。
圖2：具有MID系統連接的TIOMAP3x處理器
與之相反，TI的OMAP3平臺在單個器件上集成了所有處理器、加速器、存儲器控制器以及系統外設，封裝面積僅為144平方毫米，與Centrino Atom相比，OMAP3的芯片空間節省了75%以上。此外[1]，基于OMAP3平臺的器件支持“層疊封裝”(PoP)垂直堆棧的存儲器，從而無需使用附加的板級空間，而Atom的產品則做不到這一點。當添加電源管理與垂直堆棧的存儲器以形成完整的電路板時，基于OMAP3平臺的設計與功能相當的Atom系統相比，所需組件板級空間可節省80%以上[2]。使用OMAP3所節省的總體PCB面積甚至更達驚人的90%[3]。
工藝節點制造技術的重要意義
處理器設計對整體系統的成功至關重要。相對于以前的x86處理器，Intel Atom CPU確實實現了幾項改進。值得注意的是，Atom采用45納米的CMOS工藝制造可實現更小的裸片面積，且與前代產品相比，功耗更低。不過，單從工藝節點來*判產品可能并不準確，因為Atom功耗的降低并不是通過工藝進步，而是通過犧牲性能才實現的。若計算每次循環的工作效率，Atom的性能遠低于之前的處理器，在相同頻率下大約只提供前代處理器50%的性能。例如，一款1.6GHz的Atom處理器的性能約相當于較早的800MHz Pentium M處理器[4]。因此，即便同樣是英特爾器件，也不能教條地通過時鐘速度來判斷性能高低。
此外，由于Intel以前一直為PC而不是移動設備開發處理器，因此，相對于TI專為移動領域優化的65納米工藝技術，Intel的45納米工藝在性能功耗比方面并不占優。就裸片大小而言，Atom盡管采用了45納米工藝，但面積仍然是OMAP3器件中Cortex-A8處理器的兩倍。
功耗優勢
對MID的重要要求之一是單次充電即可整天平穩工作而不會影響性能。相對于PC，移動手持終端更應該滿足這個要求。由于MID不需要臺式計算機那么高的性能，因此Atom CPU在確保提供較高電源效率的情況下，性能有所下降或許是可以接受的。根據Intel提供的數據，Atom CPU本身在頻率為800MHz時的最高熱設計功耗(TDP)為0.65W，在頻率為1.86GHz時為2.4W[5]。但是，由于MID系統特有的圖形與多媒體處理仍然是在采用130納米工藝制造的系統芯片組中進行的，因此Atom雙芯片解決方案的功耗極高：800MHz時為2.95W，1.8GHz時高達4.7W。相比之下，集成OMAP3解決方案即便在頻率為800MHz時的最高功耗也僅為750mW，相當于雙芯片Atom解決方案的1/4。由于TI解決方案的系統其它部分的功耗基本與此相同，因此其針對Web瀏覽與視頻播放的電池使用壽命可延長2至3倍[6]。
不過，工作狀態僅是其中的一部分因素。Atom CPU本身在深度睡眠模式下就會消耗移動設備的大量電源，約為80～100mW，相比之下，整個OMAP3平臺僅為0.1mW[7]。在多數使用情形下，Atom CPU睡眠模式下的功耗便達到了足以使OMAP3產品處于正常工作模式所需的功耗?？傮w說來，OMAP3處理器待機情況下的電源效率是雙芯片Atom解決方案的50倍，這主要歸功于架構內置的TI移動工藝創新以及SmartReflex電源與性能技術。
如果綜合考慮工作模式和待機模式下電流的消耗情況，結果就顯而易見了。Intel指出，假設處理器80%的時間處于深度睡眠模式，1%的時間以最高速度運行，則頻率為800MHz時平均功耗為160mW[8]。在相同條件下，OMAP3 Cortex-A的功耗僅為25mW，即約為Atom解決方案的15%[9]。就工作時間而言，基于OMAP3平臺的系統毋需充電就能持續工作一整天。在不使用系統的情況下，基于OMAP3平臺的系統一次充電即可持續待機一周乃至更長時間，大大優于其他同類競爭解決方案。
不同類型電池的表現情況證明了上述兩種解決方案的功耗水平差異。Atom面向MID的參照設計和規范均建立在3,000mAh電池的基礎之上，而基于arm的MID設計一般使用1,400mAh的電池[10]。采用Atom設計的Nettop產品對電池的要求甚至更高，需為50Wh[11]。由于電池的尺寸和重量與電量成正比，因此采用OMAP3處理器的MID就顯得非常小巧輕便。
當前就緒的MID解決方案
TI在不斷改進OMAP平臺，Intel的發展戰略同樣也強調在后續幾代Atom解決方案中進一步提高芯片組的集成度。目前，MID制造商可用的唯一x86技術就是雙芯片Atom解決方案，但這種解決方案占用面積大、價格昂貴，而且功耗非常高。與其它Intel處理器相比，這種解決方案的CPU在某些方面可能性能不錯，但我們認為，這種CPU和雙芯片解決方案均不能完全滿足MID市場對減少空間占用、降低功耗和成本的需求。
另一方面，開發人員已經在智能電話領域采用了OMAP3處理器，而且將進一步擴展至MID領域。MID系統將從OMAP3平臺提供的眾多優異特性中受益匪淺，如高集成度、高性能和高電源效率，以及包含Web瀏覽和多媒體等在內的業經驗證的移動系統和應用軟件。基于OMAP3平臺的產品是一種低功耗的單芯片解決方案，其電池可持續工作一整天，且支持高性能多媒體應用。此外，TI的發展策略還明確規劃了將實現更高集成度和更先進工藝的目標，從而確保基于arm的OMAP平臺將隨著這一令人振奮的新興市場一如既往地穩居業界領先地位。
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