Crusoe:全美达的王牌

作者:Jason Kroll

我们都知道 Linux 非常适合嵌入式和移动系统,并且我们许多人预测 Linux 在嵌入式系统中的成功将超过在桌面上的成功。我们许多人也怀疑(自从 Linus 评论了一款带有软件的芯片,并在查看了全美达的专利申请后),我们很快就会拥有一款芯片,可以将指令即时翻译成芯片的母语。今天,全美达证实了这些猜测,并交付了超出我们大多数人预期的成果。

今天上午 9 点,全美达终于展示了其新的 Crusoe 系列处理器,结束了数月以来关于全美达(这家聘请了 Linus 的公司)到底在做什么的猜测。目前已知存在两种芯片。关于这些芯片的信息一直很少,这在信息时代是具有讽刺意味的。以下是对新型 Crusoe 处理器的快速介绍。

全美达目前有两款芯片,TM3120 和 TM5400。这两款芯片均由 IBM 生产,并且许多芯片已运往世界各地的笔记本电脑制造商。

TM3120 型号的目标是移动互联网设备,例如网络平板电脑和 PDA,并有望用于手机。它的运行频率为 333-400MHz,具有 96KB 的 L1 缓存,没有 L2 缓存。它支持 66 至 133MHz 的 SDRAM 内存。它消耗 1 瓦的功率,在睡眠模式下可降至 20 毫瓦。它采用 0.22 微米工艺生产。它的目标是移动互联网设备。它将运行 x86 软件,并具有由 Torvalds 开发的新型 Mobile Linux(即将发布给社区),这是一个完全包含在 ROM 中的 Linux 版本。它显然有自己的 IDE 和 GUI(这一点经证实),并且用于没有硬盘驱动器的机器。它使用的内存非常少,并且需要很少的功率。因此,它非常适合移动计算。

TM5400 型号的目标是超轻型移动 PC。它的运行频率为 500-700MHz,具有 128KB 的 L1 缓存和 256K 的 L2 缓存。它支持 100 至 166MHz 的 DDR-SDRAM,以及 66 至 133MHz 范围内的 SDRAM 内存升级。这款芯片的典型功耗低于 1 瓦,空闲时(不是睡眠,只是空闲)低至 8 毫瓦。这款芯片具有 LongRun 技术,芯片的软件可以调整其时钟频率电压,以完全对应应用程序的需求。TM5400 支持 x86 软件,这意味着所有版本的 Linux 和 Windows 系列都可以工作,我预计这还包括 BeOS(这到底与 Be 决定进军互联网设备有什么关系?)和免费的 Unix 系统。全美达声称,这款新芯片可以以低于 2 瓦的功率播放 DVD 电影。

Crusoe 系列处理器背后的基本思想是软件。据我所知,Crusoe 是唯一一款拥有自己特殊软件的处理器(如果您知道其他处理器,请联系我)。Crusoe 处理器有一种母语,这是一种 128 位 VLIW(超长指令字)指令集。这种方法有点像 RISC 的 4 倍;也就是说,您从原子构建一个指令分子,每个原子大致相当于一条 RISC 指令。然后,芯片不使用推测执行、分支预测或数据流分析技术(这些技术会严重浪费能源并可能造成流水线停顿),而是将有关指令和调度的所有信息都随同发送到处理器的分子一起携带。VLIW 是一个很棒的想法,但它并不是 Crusoe 真正令人兴奋的地方。

Crusoe 芯片软件采用了代码变形技术。这是我们从去年夏天开始期待的,但它是真的,而且它真的来了。Crusoe 软件将 x86 代码即时变形为其自身的母语。不仅如此,它还缓存翻译后的指令(无需为数据缓存翻译数据),因此它不必重新翻译它们。这有什么优势呢?您不仅可以编写软件,使芯片能够有效地成为任何芯片,而且对于便携式计算来说,还有一个巨大的优势:减少晶体管的数量。

RISC 芯片在嵌入式系统中的普及很大程度上归功于 RISC 严重节省了晶体管。这意味着极低的功耗和极低的热量。RISC 通过消除 CISC 芯片中存在的大量无用指令来消除晶体管(这是一种过度简化)。

Crusoe 用“软件”取代了晶体管。如果您可以用软件取代这些晶体管,就没有理由拥有数百万个消耗能量的晶体管。Crusoe 在以前从未利用过的层面上用软件取代了硬件。Crusoe 的软件还(如前所述)管理指令的缓存,因此旧芯片加速的典型耗电微架构技术也被软件取代了!

软件还取代了典型的笔记本电脑用于节省电量的愚蠢的 BIOS 开机-关机循环。任意的电源闪烁虽然节省了能源,但给笔记本电脑用户带来了麻烦,在关键任务中间切断了系统资源。此外,旧技术从未真正有效地节省电力。这很像要么全功率运行汽车发动机,要么关闭发动机。为什么不只是让您的发动机运行以获得您需要的速度,而不浪费资源呢?

Crusoe 的软件“准确地”知道应用程序需要多少能量,不仅会改变芯片的时钟频率以对应,还会改变电压要求以对应。它以一种始终最大限度地提高应用程序性能而又不浪费任何能量的方式执行此操作(时钟频率对功耗具有线性影响,而电压对功耗具有平方影响)。例如,您还记得 PC 有一个“turbo”按钮吗?该按钮调节芯片的电压以减慢其速度,以便较旧的程序(如游戏)能够以可用的速度运行。Crusoe 的软件就像一个自动上下调节以获得最佳电压的拨盘……并且它会改变芯片的时钟频率,就像拔下您的 Athlon 并插入 P75 以节省能源,然后再加速一样,只是它是一个拨盘。您能想象有两个拨盘来调节时钟频率和电压吗?幸运的是,Crusoe 芯片会为您完成此操作,因此您不必这样做。请记住,当您处理时钟速度电压时,您有两个拨盘,因此您的节能效果将成倍增加。仅仅降低 10% 的功率实际上变成了降低 27%。现在您可能已经了解了这是如何工作的。

以下是为跳过前面段落的人员提供的摘要

  • 全美达开发了一个名为 Crusoe 的新型处理器系列。

  • 目前有两款 Crusoe 芯片可用,TM3120 和 TM5400。

  • 这些芯片用于移动互联网设备。

  • TM3120 的目标是较小的机器,例如 PDA。

  • TM5400 的目标是笔记本电脑和笔记本电脑。

  • Crusoe 芯片是基于 VLIW(超长指令字)的。

  • Crusoe 芯片有自己的软件,该软件存在于芯片上。

  • Crusoe 软件将指令即时翻译成其母语。

  • Crusoe 目前运行所有 x86 软件,包括 Linux 和 Windows。

  • Crusoe 软件自动调节时钟频率和电压,以提供应用程序所需的确切功率(没有空闲 CPU 周期,没有浪费电池)。

  • Crusoe 的 VLIW 方法基于由指令原子组成的指令分子。

  • Crusoe 软件生成自己的“微架构”技术,这些技术包含在指令分子中。

  • Crusoe 缓存翻译后的代码。

  • Crusoe 在非常低的温度下运行,不需要风扇。

  • Crusoe 软件支持北桥集成支持电路,无需额外的芯片或额外的功耗。

  • Crusoe 在重负载下消耗 1 到 2 瓦的功率,在空闲时通常以 8 到 20 毫瓦的功率运行,并即时改变功耗。

  • 全美达 (Linus Torvalds) 开发了一个小尺寸、低功耗的 Linux 版本,称为 Mobile Linux,可作为 ROM 芯片使用,并据称很快将发布给社区。

我真诚地希望这份简短的初步信息对满足您的好奇心有所帮助。我曾希望找到关于 Crusoe 的 VLIW 指令集到底是什么样子的技术信息,典型的语法是什么,以便从更深入的层面上欣赏这些芯片。我也无法获得关于晶体管确切数量的信息,但由于功耗低,我们不得不估计它非常小。

全美达的网站是很好的信息来源,而且不是很技术性。我推荐它,以获得关于芯片的清晰的英语解释。 www.transmeta.com

由于信息是最近发布的,因此某些陈述可能不准确,因为我们并没有完全拥有芯片的副本来验证所有内容。我已尽力验证尽可能多的内容,但可能存在某些错误。这不是借口或免责声明,只是友好的建议,在开始任何重大商业计划之前,请与全美达核实详细信息。

Linux Journal 高级编辑 Doc Searls 正在采访 Linus,我们将很快发布该采访,以及 Doc 对会议过程的描述(我想这将强调 Crusoe 芯片的市场和互联网要素以及 Linus 的参与)。

祝您在新技术中获得乐趣!

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