携Ubuntu狙杀Atom ARM进军超便携电脑

作为嵌入平台的领导者，ARM在近期高调宣布将涉足超便携电脑市场，推出基于ARM平台的超便携电脑产品——相比x86体系Intel Atom、VIA C7M，
ARM架构处理器具有非常显著的低功耗优势，在提供相近性能的前提下，ARM处理器的能耗可以只有x86芯片的十分之一，若超便携电脑采用ARM平台，无疑意味着可以轻松获得全天候的电池续航能力。由于ARM采用开放IP的方式运作，高通、诺基亚、飞思卡尔等厂商都拥有自己的芯片方案，其中高通公司已经明确将在2009年6月份正式推出ARM超便携电脑，飞思卡尔则宣布推出ARM平台供OEM厂商采用，作为手机业巨头的诺基亚则表达出未来两年涉足ARM超便携电脑的意图，藉此加强对3G网络终端市场的影响力。ARM平台的进入令超便携电脑市场再生变局，外界高度关注ARM能否成功从嵌入市场进入用户桌面。

ARM的王国及其优势

ARM(全称Advanced RISC Machines)过去一直都是以嵌入式平台霸主的面目出现，在32位嵌入市场，ARM架构的产品占据高达75％的市场份额、居于绝对统治地位。作为指令体系的创建者，ARM公司成立于1990年，它实际上是Arcon、Apple和VLSI三家企业共同合作的产物—当年，Acron公司需要为它们的Archimedus电脑开发一块处理器，Apple公司同样寻求一款可以代替摩托罗拉
68K CISC处理器的RISC架构产品，而VLSI则打算设计出一块精简高效的RISC处理器用于集成系统中；颇富戏剧性的是，这三家企业终都没有实现自己的目的，但ARM架构却在它们未曾想到的嵌入式领域被发扬光大。

与英特尔、AMD等集设计、制造、销售于一体化的半导体企业不同，ARM从未涉及芯片制造和销售业务，公司创立以来一直都是以IP(Intelligence Property，智慧产权)提供者的身份向各大半导体制造商出售芯片研发的成果，各大半导体厂商购买IP内核授权之后便可在此基础上进行深化设计，然后才制造出产品并将其推向市场。这种策略让ARM实现专业化的同时也造就了一个庞大的
ARM王国—ARM架构的CPU核心具有超低功耗、低成本、高性能等优点，获得许多半导体企业的大力支持，生产ARM架构嵌入式处理器的大企业超过70家，每一家企业都有自己的一套方案，再加上其他厂商开发的衍生产品，使得ARM架构终在32位嵌入式市场遍地开花，应用极其广泛！而在
ARM的内核大家族中，ARM7、ARM9、ARM10和ARM11的影响力大，为包括英特尔、德州仪器(TI)、高通、摩托罗拉、Atmel在内的重量级半导体企业所采用。到目前为止，全球80％的3G手机、99％的CDMA手机以及绝大多数PDA产品均采用ARM体系的嵌入式处理器，当然这其中也包括
iPhone和Palm pre，基本上“掌上计算”相关的所有领域皆为ARM所主宰。

图1：ARM指令架构一直在能效比方面占据第一位

ARM获得如此巨大的成功，领先的低能耗特性可以说占了头功。一般来讲，嵌入式应用对运算性能并不苛求，但对芯片的功耗却相当敏感。相对同时期的其它解决方案， ARM架构的能效比优势非常明显，我们可以从图1的实例中了解到这一点：325MHz频率的ARM1020E处理器虽然绝对性能低，但在消耗相等电能的前提下，它所拥有的性能远远超越IBM的PowerPC 750、摩托罗拉
MPC7455(苹果的G4＋处理器)、PowerPC7400(苹果G4处理器)以及NEC的VR5500处理器，能效比非常出众！

再者，ARM架构的应用方案非常灵活，由于ARM公司只是提供了一个高效精简的核心，各半导体厂商可根据自身需求进行应用设计，架构灵活简便、扩展力很强，如厂商可为多媒体信号处理加入相关的指令集，或为Java相关的应用加入高效执行单元，或增加3D图形协处理器，等等。高度可扩展性也让ARM出现了许多衍生架构，包括摩托罗拉早期的Dargonball、高通的Snapdragon、英特尔 Xscale架构(目前归属于MXXX)也都属于ARM体系。ARM在嵌入平台的地位，就相当于x86在
PC市场一般。总之，精简的硬件核心、超低能耗、设计灵活、软件支持和丰富的开发工具，这些都是ARM架构赖以成功的技术基础。

Cortex-A9：ARM进军超便携电脑的主要力量

在ARM处理器家族中，去年3月份推出的Cortex-A9是性能高的一款。Cortex-A9为上一代
Cortex A8处理器的改进版本，它同样采用先进的ARM v7架构，支持分支预测机制并拥有八级流水线，拥有出众的执行效率。不过，该架构大的特点还是支持灵活的多核心设计，芯片制造商可以根据需要轻易拿出双核、三核乃至四核心的产品，从而满足诸如超便携电脑之类需要较高运算性能的设备需要。

图2：Cortex-A9核心逻辑示意，1GHz频率和支持多核心是它的主要亮点

我们先来看看Cortex-A9的基本设计。它的流水线设计非常高效，这主要体现在以下几个方面：1、Cortex-A9具有先进的取指及分支预测处理，可避免因访问指令的延时而影响跳转指令的执行，同时多支持四条指令Cache Line预取挂起，这可以显著减少内存的延迟；2、Cortex-A9每个周期可以连续发送2～4条指令到解码单元，而解码单元在每个周期内可以完成2条指令的解码；3、相邻指令之间的数据依赖性被显著消除，流水线具有很高的利用效率。4、支持寄存器的虚拟重命名，这是一种有效的、基于硬件的循环展开方法，可以在不增加代码大小的前提下提高代码执行效率；5、每周期支持两个算术流水线、加载-存储(loadstore)或计算引擎以及分支跳转的并行执行等。作为嵌入平台的老大，ARM处理器一贯以卓越的执行效率著称，新推出的Cortex-A9同样秉承了这一优点，我们当然不会对此感到怀疑。不过，Cortex-A9初的设计目标是智能手机、数字电视等应用领域，它能够满足超便携电脑的现实需要么？相信这一点也是大家为关注的问题。

图3：四核心的Cortex-A9，可以提供强悍的效能

其实这样的担心基本上是多余的，尽管Cortex-A9的性能还不可能与主流x86处理器相提并论，但满足超便携电脑的需要并没有太大的问题。Cortex-A9的工作频率可高于1GHz，单核芯片的计算能力高可达到2000 Dhrystone MIPS(MIPS，每秒百万条指令，Dhrystone，整数计算能力)，若采用四核结构，高性能将达到8000 Dhrystone MIPS！ARM表示，666MHz频率、单核心的Cortex-
A9的实际性能与Pentium Ⅲ 1GHz相当，这意味着Cortex-A9 1GHz将拥有足以媲美Atom的效能，用于超便携电脑中不会有丝毫障碍。

另一方面，ARM架构的低能耗优势也在Cortex-A9身上体现得淋漓尽致：在65nm工艺下，
Cortex-A9处理器的功耗水平只有300毫瓦，相当于Atom的一个零头，这足以让相应超便携电脑设备获得足够长的使用时间。

操作系统：ARM Ubuntu已做好准备

ARM处理器显然不会得到桌面Windows系统的支持，不过这一点同样不成问题，除了Linux外，它还可以从大量的智能手机操作系统中受益。我们知道，对超便携电脑来说，Windows只是其中的一个选择，低成本和轻巧的Linux在某种程度上更适合超便携电脑的需要。试想一下，所有的超便携电脑都不会装载很强悍的硬件系统，臃肿的Vista系统显然不是好选择，用户几乎清一色都是选择Windows XP，所幸新一代Windows 7同样保持了快速的作风，能够为超便携电脑所接受。不过问题并不是如此简单，仅仅只有操作系统和应用软件是不够的，Windows系统的易受攻击性决定了它无法脱离杀毒软件，而杀毒软件往往都颇占资源，对系统性能普遍有较为明显的负面影响——在超便携电脑平台中，这一点体现得更为明显。因此，从实用角度来看，Windows并不是理想的选择。另一方面，英特尔认为超便携电脑并不需要用于内容创建等生产性任务，而基本上用于被动的信息接收，既然如此，那我们又为什么需要全功能的Windows呢？的确，现在也有不少装载Linux的超便携电脑，但用户买回后基本都卸载自行再安装Windows，主要原因就在于一方面OEM厂商配备的Linux版本不够完善，另一方面是用户使用惯性使然。

图4：ARM版本的ubuntu将具有完整的功能，它将成为ARM超便携电脑的主要作业平台

毫无疑问，Linux系统将成为ARM平台的主要OS，而流行的ubuntu则扮演了关键角色。去年11月，ARM公司和Ubuntu Linux操作系统的商业赞助方Canonical公司共同宣布，双方将合作把
Ubuntu操作系统移植到ARMv7架构平台上,主要针对超便携电脑和小型台式机市场。ARM版ubuntu操作系统将拥有x86版本的全部功能特性，它可以支持ARM Cortex-A8和Cortex-A9处理器，可作为标准作业系统使用。按照计划，ARM版ubuntu在今年4月份就将推出，这样超便携电脑产品就能够及时预装。另外由于硬件平台的共通性，ARM超便携电脑也完全可以采用诸如Windows Mobile、
Google Android或Symbian的智能手机系统，只是这些系统功能和扩展性都较为弱小，无法提供像
ubuntu一样强大的功能—但在小尺寸的MID设备中，精简快速的智能手机系统不失为一个好选择。

在解决操作系统支持的同时，ARM公司也给出相应超便携电脑的参考设计：拥有8～10寸左右的屏幕和标准键盘，当然ARM公司并不直接介入超便携电脑的生产，它们希望PC厂商、通信运营商能够推出相关产品。

高通Snapdragon平台：丰富全面的功能

作为通信业的领导者，高通早在2006年就推出一款名为Snapdragon的ARM处理器，以期借开拓介于笔记本电脑和智能手机之间的市场，其历史比超便携电脑的诞生更早。Snapdragon同样基于ARM v7架构，具有卓越的执行效率，它的前身是高通在2005年所开发的“Scorpion”处理器。
Snapdragon采用65nm工艺制造，它的工作频率高至1GHz，可以满足超便携电脑的实际需要。

而作为一款应用处理器，Snapdragon集成了非常完整的功能，比如它具有3D图形引擎和高清视频引擎，可提供基础的3D性能和720P质量高清视频解码能力，并具有600MHz DSP处理器，能够支持高达1200万像素的摄像头；另外，Snapdragon直接内置了3G 、Wi-Fi和Bluetooth连接能力，同时还拥有高通第七代gpsOne引擎，支持终端的GPS定位。基本上，OEM厂商只需要加上一块简单的I/O芯片，就能够达成完整的计算功能——显然，假如Atom平台要实现如此众多功能的话，必须额外纳入许多芯片模块，这不仅会导致设计复杂、制造成本高昂，同时也会挤占了非常有限的内部空间。因此在功能集成度方面，高通Snapdragon具有突出的优势。

图5：高通Snapdragon将面向非常广阔的嵌入应用，包括超便携电脑与数字电视

作为ARM家族的一员，Snapdragon同样具有低功耗的优势，在工作状态下，它的能耗大概是
x86架构功耗的三分之一，如果终端处于休眠状态，那么Snapdragon所消耗的能量大概是Atom平台的十分之一—休眠状态的功耗往往会被忽视，但其实极为重要，因为在移动状态下，终端设备一般都是处于休眠状态，休眠功耗对于电池续航力长短影响极大。比如AMD的Turion X2移动平台TDP功耗水准低于同类迅驰平台，但后者整体续航能力更优，原因在于迅驰平台具有更低的休眠功耗。

东芝公司已在今年2月推出一款TG01智能手机，这是首款采用Snapdragon 1GHz芯片平台的产品。不过高通解释说这纯属凑巧而已，Snapdragon的设计定位还是介于“智能手机和笔记本电脑之间”的领域。目前，已经有15家制造商(包括、宏基、东芝和HTC)在与高通进行深度合作，开发超过30款不同形态的终端产品，这些终端有的是略大于手机的MID设备，其余则是略小于笔记本电脑的超便携电脑产品，机身的厚度则普遍在10～15毫米之间，其它平台很难想象能够拥有如此程度的轻薄设计。而这些产品将在2009年6月份后开始大举上市，也就是在下半年我们就能够体验到
ARM超便携电脑的真实魅力。

图6：纬创代工的超便携电脑，采用高通Snapdragon平台
和超宽屏设计，外观与索尼VAIO P有些类似

Snapdragon的高集成度和低功耗特性将让这些设备在MID/超便携电脑市场表现出鲜明的优势：1、默认可支持3G上网(当然还有Wi-Fi)——Snapdragon支持包括HSPA+在内的多模调制解调器，数据下载速度高达28Mbps，数据上载速度则高达11Mbps，当然在短时间内，国内的移动通信网络还难以提供这样的服务。2、本身自带GPS定位能力；3、具有超长的电池续航能力，8小时是为基本的配备，这些设备普遍都能够连续使用10小时以上，而假如你没有连续使用它的话，这些设备的待机时间可以像智能手机一样长，这无疑远远超过现行任何一种x86体系的超便携电脑。

Snapdragon只是高通第一代超便携电脑平台，所采用的也是比较过时的65n m工艺。高通已经在去年11月份推出性能更强的第二代Snapdragon，据悉，第二代Snapdragon为双核心结构，集成了两个工作频率1.5GHz、采用45nm工艺制造的CPU核心，预期性能可达到目前Snapdragon的3倍。这意味着新一代Snapdragon可提供主流级的运算性能，超越其他x86对手！再者，第二代
Snapdragon具有更高的集成度，除了包含第一代产品全部功能外，还引入了MediaFLO、DVB-H和
ISDB-T等制式移动数字电视技术的支持，高频视频加速则支持到高规格的1080p，整体规格十分强悍。高通公司计划在今年9月份开始量产这款产品，不出意外的话我们能够在年内看到相应的终端产品面市。

飞思卡尔i.MX51平台：低成本制胜

高通Snapdragon并不是ARM超便携电脑平台的唯一选择，飞思卡尔(Freescale)的i.MX51平台同样将成为超便携电脑阵营的新亮点。i.MX51基于ARM的Cortex A8架构，运行频率也达到1GHz，估计实际性能与高通Snapdragon在伯仲之间。i.MX51同样具有很高的集成度，包括DDR2内存控制器、OpenGL/OpenVG图形核心、ATA控制器、以太网控制器等等，虽然它在功能方面不如高通
Snapdragon来得丰富，但是胜在价格低廉—i.MX51的芯片成本不到20美元，加上搭载便宜的Linux系统，可以将相应超便携电脑的售价重新拉回200美元以内。另外在电池续航方面，i.MX51同样表现出众，飞思卡尔表示，即便只使用一节2芯电池，基于i.MX51的超便携电脑也能够具有8小时的电池性能，这一点足以令很多用户感到兴奋。

图7：飞思卡尔i.MX51处理器逻辑示意

i.MX51具有完善的功能，在图像和多媒体方面，i.MX51支持OepnGL ES 2.0和OpenVG 1.1，后者可以对Flash、SVG矢量图形进行硬件加速；同时它还拥有硬件视频引擎、支持720p高清视频的解码，这就为超便携电脑提供完整的多媒体能力。同样，i.MX51中包含了图像处理单元，它可以对图像尺寸进行缩放、旋转等一些简单的加速，主要用于摄像头的图像捕捉。此外，i.MX51直接整合了强大的I/O功能，包括ATA、USB、IEEE1394、以太网以及Flash闪存接口，单枚芯片即可构建一套完整的计算平台。

图8：i.MX51处理器芯片，它整合了完整的计算功能，且具有低成本的优势

低成本是i.MX51平台的关键优势。业界普遍认为，200美元是超便携电脑的佳价格区间，而目前的超便携电脑普遍在300～400美元之间，Atom平台的高售价是关键的障碍。在提供与Atom相当性能的条件下，飞思卡尔的i.MX51平台仅仅只需20美元，对应超便携电脑的售价可以轻松做到
200美元级别—当然OEM厂商可以加上更高级的功能，既便如此它的售价多也是在300美元左右，能够为用户所广泛接受。i.MX51平台另一个优势就是可以做到超轻超薄，便携性出众，这一点同高通Snapdragon方案类似。

图9：和硕设计的i.MX51处理器超便携电脑样机，
整机采用无风扇设计，超轻超薄，功能完善，预计价格在250美元左右

按照计划，飞思卡尔已经在今年第二季度开始量产i.MX51平台，计划今年中期推向市场。为了加速OEM厂商的开发进度，飞思卡尔还在与华硕的子公司和硕(Pegatron)合作开发一款超便携电脑参考设计，集成了i.MX51芯片、Ubuntu操作系统、新款电源管理芯片和SGTL5000超低能耗声卡，并在今年1月份的CES大展上进行展示。如果没有其它变故，我们能够在今年中期看到基于飞思卡尔i.MX51的超便携电脑面市。

诺基亚进军超便携电脑的传闻真相

ARM全面进军超便携电脑市场也引起诺基亚的注意。作为手机业的巨头，诺基亚不止一次有过手机与计算机融合的梦想—上个世纪末推出的诺基亚9系列手机就是其中的典型例子，诺基亚当时还曾预言传统意义的计算机将会消失，手机将成为它的代替品。这种说法固然有为手机宣传的味道，但也透露出二者融合的意图，当然受到小屏幕的限制，手机大概永远都无法代替计算机用于网络访问，用户需要的是具有更大显示面积和操作更舒展的终端设备，显然，MID与超便携电脑更能满足访问互联网的需要，所以诺基亚考虑进入这一市场并不奇怪。

早在去年4月份，诺基亚就确定将赞助Ubuntu Linux移植到ARM架构的项目，这被认为是诺基亚准备工作的开始。在今年2月25日，诺基亚CEO约玛-奥利拉在芬兰接受当地媒体采访时，被问起诺基亚是否会进军小型超便携电脑市场。当时约玛-奥利拉的回应是“Never say never”，意为永远不说不可能，而这种典型的官方辞令，后被理解为诺基亚将进军笔记本电脑市场。此后，又有消息传出，诺基亚公司正在就其笔记本电脑与中国台湾地区的电脑代工企业进行商谈，而仁宝电脑和富士康电子是诺基亚有可能选择代工的两家公司。外界认为，诺基亚的超便携电脑将基于ARM处理器和ubuntu系统，具体推出时间可能在2011年。

这则消息后被诺基亚官方人士评定为“言辞上的误解”，但诺基亚方面并没有作出断然否认。很显然，当高通推出超便携电脑之后，诺基亚的进入只是时间问题—更何况伴随着3G网络的商用化，超便携电脑将成为非常重要的3G终端、地位不亚于传统意义上的手机，假如诺基亚白白失去这一市场，无疑会缩减自身在3G时代的影响力。从这个角度上看，诺基亚的超便携电脑之旅只是时间问题，当然ARM平台也是必然的选择。

前瞻：ARM对x86世界的挑战

当ARM集体杀入超便携电脑和MID市场之后，x86世界真正面对一个强有力的挑战—准确点说，应该是英特尔的Atom平台将面临一个生猛对手。Atom现在是MID和超便携电脑的主宰，VIA无法撼动分毫，AMD则走差异定位放弃了小尺寸、功能单一的超便携电脑，那么未来的战争将在Atom平台与ARM平台之间展开。

假如按照英特尔对超便携电脑的精确定义，即超便携电脑不是一种生产性设备，那么采用何种操作系统并非关键—Atom平台的优势在于它可以运行Windows，在使用网络银行、从事电子商务活动时会更加方便；ARM平台的优势在于它拥有超长电池续航力、更全面的功能和更轻薄设计，它的娱乐能力更为强悍，当然它也没有病毒之类的困扰。假如不考虑网络银行支持的因素，Atom平台实际上已经没有多少优势；当然我们不应否认使用惯性的强大影响，国内能够接受Linux的用户颇为稀少，但在欧美地区，Linux系统已具有良好的接受度，ARM 超便携电脑的推广完全不是问题。而从长远的角度来看，我们认为ARM架构能够在超便携电脑市场获得半壁江山！