根據(jù)摩爾定律,每?jī)赡辏嗤娣e上的晶體管數(shù)量會(huì)翻倍。這一殘酷的理論是那些預(yù)測(cè)32位處理器將替代8位處理器的人們的支點(diǎn)。爭(zhēng)論開始于這樣一個(gè)事實(shí),即當(dāng)晶體管尺度持續(xù)縮小時(shí),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(duì)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(shí),8位處理器就失去了曾經(jīng)享有的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
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(gè)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(gè)門。綠框表示雙時(shí)鐘的8051內(nèi)核的面積,它包含調(diào)試功能,大約有11000個(gè)門。M0包括了調(diào)試以及一個(gè)類似的中斷控制器。采用的工藝是0.14 nm結(jié)點(diǎn)(恩智浦公司提供)。
在2004年,32位處理器達(dá)到了一個(gè)價(jià)格里程碑,其時(shí)飛利浦(現(xiàn)在的恩智浦公司)與提供的8位性能(如獨(dú)立位元操作與低電壓)處理器價(jià)格低至3美元。不過(guò),提供一款低價(jià)處理器并未改變這個(gè)進(jìn)化的過(guò)程;當(dāng)設(shè)計(jì)者選擇處理器時(shí),他還要考慮到其它因素。雖然價(jià)格點(diǎn)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(chǎng)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(jià)不到1美元。以這個(gè)價(jià)格,甚至16位處理器都真正感到了一些壓力。再次,價(jià)格成為較小處理器的唯一優(yōu)勢(shì)。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(jià)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(jìng)爭(zhēng)(參考文獻(xiàn)2)。
2009年底時(shí),恩智浦公司推出了一款售價(jià)為65美分的ARM Cortex-M0處理器。這個(gè)價(jià)格使該器件能夠與8位處理器平等地競(jìng)爭(zhēng)。8位處理器公開的最低價(jià)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(jià)差異正在趨向于零。
不過(guò),有些東西讓Cortex-M0這個(gè)新的定價(jià)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(jì)者可以用少至12000個(gè)門實(shí)現(xiàn)M0內(nèi)核。于是,M0實(shí)現(xiàn)了一個(gè)16位Thumb2指令集架構(gòu)的相當(dāng)小的子集,而M3則對(duì)該指令集提供完全的支持(圖2)。ARM根據(jù)對(duì)最常用Thumb2指令的統(tǒng)計(jì)頻率而提出了這個(gè)子集。受限指令集的功能損失是:系統(tǒng)必須用多個(gè)指令來(lái)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(shí)現(xiàn)了Cotex-M3 Thumb2指令集架構(gòu)的一個(gè)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(chǎng)上的8位和16位處理器。代碼密度是處理性能的一個(gè)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(duì)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(dòng)模式之間轉(zhuǎn)換時(shí)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?yàn)檩^快的處理器可以更快地回到睡眠狀態(tài)。因此對(duì)于M0和較小處理器還有一些技術(shù)問(wèn)題需要研究。
轉(zhuǎn)折點(diǎn)?
研究32位處理器能有多便宜的另一個(gè)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(qiáng)烈地暗示這些供應(yīng)商過(guò)去是服務(wù)于8位和16位應(yīng)用領(lǐng)域。一份至少有15個(gè)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(guò),考慮到ARM的聲明,Cortex-M0可能跨越了一個(gè)關(guān)鍵閾值點(diǎn),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(chǎng)上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
除了處理器供應(yīng)商推出較小和更低價(jià)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(tái)主控管理