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根據(jù)摩爾定律,每兩年,相同面積上的晶體管數(shù)量會翻倍。這一殘酷的理論是那些預(yù)測32位處理器將替代8位處理器的人們的支點。爭論開始于這樣一個事實,即當(dāng)晶體管尺度持續(xù)縮小時,與芯片上的其它資源相比,8位與32位處理器內(nèi)核之間相對的尺英寸差異接近于零(圖1)。當(dāng)8位與32位內(nèi)核的硅片面積差縮小到?jīng)]有時,8位處理器就失去了曾經(jīng)享有的價格優(yōu)勢。

圖1,隨著晶體管尺英寸的不斷縮小,不同處理器架構(gòu)的相關(guān)面積正在成為整個器件封裝中更小的部分。M0內(nèi)核的面積(黑框內(nèi))包含大約16000個門。綠框表示雙時鐘的8051內(nèi)核的面積,它包含調(diào)試功能,大約有11000個門。M0包括了調(diào)試以及一個類似的中斷控制器。采用的工藝是0.14 nm結(jié)點(恩智浦公司提供)。

在2004年,32位處理器達(dá)到了一個價格里程碑,其時飛利浦(現(xiàn)在的恩智浦公司)與提供的8位性能(如獨立位元操作與低電壓)處理器價格低至3美元。不過,提供一款低價處理器并未改變這個進(jìn)化的過程;當(dāng)設(shè)計者選擇處理器時,他還要考慮到其它因素。雖然價格點使32位處理器進(jìn)入了一組新應(yīng)用的考慮范圍,但并不意味著8位處理器市場的完結(jié)(參考文獻(xiàn)1)。

2006年,Luminary 公司(即現(xiàn)在并入德州儀器公司)用一種32位 ARM Cortex-M3微控制器打開了業(yè)務(wù)的大門,它的售價不到1美元。以這個價格,甚至16位處理器都真正感到了一些壓力。再次,價格成為較小處理器的唯一優(yōu)勢。與8位處理器相類似,16位處理器擁有一類應(yīng)用,它們能以最佳的價格與功耗水平,提供足夠的性能,因此通用的32位架構(gòu)很難與之競爭(參考文獻(xiàn)2)。

2009年底時,恩智浦公司推出了一款售價為65美分的ARM Cortex-M0處理器。這個價格使該器件能夠與8位處理器平等地競爭。8位處理器公開的最低價格信息是每只器件從45美分到10美元(參考文獻(xiàn)3)。正如人們所預(yù)期的那樣,32位與8位處理器之間的定價差異正在趨向于零。

不過,有些東西讓Cortex-M0這個新的定價里程碑更加有趣,并且值得深思。Cortex-M0已代替了Cortex-M3,是迄今為止ARM的最小、功耗最低、能效最高的32位處理器,而M3顯然是M0的遷移目標(biāo)。設(shè)計者可以用少至12000個門實現(xiàn)M0內(nèi)核。于是,M0實現(xiàn)了一個16位Thumb2指令集架構(gòu)的相當(dāng)小的子集,而M3則對該指令集提供完全的支持(圖2)。ARM根據(jù)對最常用Thumb2指令的統(tǒng)計頻率而提出了這個子集。受限指令集的功能損失是:系統(tǒng)必須用多個指令來完成Thumb2完整指令集中只要單指令就能完成的功能。

圖2,Cortex-M0實現(xiàn)了Cotex-M3 Thumb2指令集架構(gòu)的一個子集(恩智浦公司提供)。

恩智浦公司稱它M0處理器的代碼密度優(yōu)于市場上的8位和16位處理器。代碼密度是處理性能的一個不精確指標(biāo);同一功能的較少代碼可能表明有較少的內(nèi)存預(yù)取,以及對同一任務(wù)的更快執(zhí)行。它亦能松散地關(guān)聯(lián)為系統(tǒng)在睡眠與活動模式之間轉(zhuǎn)換時的較低能量預(yù)算。較快的系統(tǒng)可能消耗更多功率,但它完成相同任務(wù)需要的能量也較少,因為較快的處理器可以更快地回到睡眠狀態(tài)。因此對于M0和較小處理器還有一些技術(shù)問題需要研究。

轉(zhuǎn)折點?

研究32位處理器能有多便宜的另一個原因是ARM稱,在該公司所有處理器內(nèi)核中,Cortex-M0被采用的速度最快。ARM還稱在其M0許可中,一半是新的許可,強烈地暗示這些供應(yīng)商過去是服務(wù)于8位和16位應(yīng)用領(lǐng)域。一份至少有15個許可的列表中,公開列出的的獲許可者僅有恩智浦、Triad半導(dǎo)體公司及Melfas公司,因此很難得出任何結(jié)論。不過,考慮到ARM的聲明,Cortex-M0可能跨越了一個關(guān)鍵閾值點,很多新許可的采納可能昭示著8位、16位和低端32位應(yīng)用市場上的一個轉(zhuǎn)折點。

除了處理器供應(yīng)商推出較小和更低價的32位處理器以外,一些傳統(tǒng)的8位和16位處理器供應(yīng)商也推出了自己的32位產(chǎn)品。chip公司于2007年在自己的650 PIC處理器產(chǎn)品系列中增加了基于的32位 PIC32處理器。PIC32采用了與8位和16位器件相同的開發(fā)工具集,以 16平臺主控管理

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