iPhone和H.264編碼器：兩個(gè)結(jié)構(gòu)體上的路標(biāo)

　　最近有兩個(gè)產(chǎn)品的發(fā)布標(biāo)志著關(guān)于SoC結(jié)構(gòu)的考慮來到一個(gè)交叉點(diǎn)。iPhone，站在長久以來以硬件模塊為導(dǎo)向的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的盡頭，開始遠(yuǎn)離過去；而來自Mobilygen公司的H.264高質(zhì)量類（High Profile）編解碼器芯片，源自不同的傳統(tǒng)觀點(diǎn)也有可能會(huì)走向一個(gè)不同的終點(diǎn)。某種程度上講，這兩個(gè)路標(biāo)不僅代表著它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的不同傳承，也代表著它們公司的演化方向。

　　首先看一下萬眾矚目的iPhone。由于蘋果公司想要保持些神秘感，因此iPhone只有部分的內(nèi)部細(xì)節(jié)已經(jīng)確定。據(jù)報(bào)道iPhone的核心是來自三星公司的SoC，由一顆ARM-11外加一系列的硬件模塊來處理手持設(shè)備的主要功能：語音和視頻的回放；基于手勢(shì)接口的高動(dòng)態(tài)觸摸屏顯示，一個(gè)類似的動(dòng)態(tài)圖形用戶接口；一個(gè)2百萬像素的相機(jī)和一個(gè)WiFi接口。

　　再來看一下Mobilygen公司的EnViE視頻編解碼器。它的大部分功能模塊都是獨(dú)立的，每一個(gè)都有它們自己的本地內(nèi)存和ARM處理器；例如（雖然不是很確定）計(jì)算模塊部分涉及到的基帶處理器會(huì)是一個(gè)中等規(guī)模的ARM-11外帶DSP擴(kuò)展，WiFi模塊需要一個(gè)ARM-9級(jí)別的核以及一些硬件協(xié)加速器，具有低運(yùn)算負(fù)荷的功能，例如音頻、藍(lán)牙和系統(tǒng)控制模塊都有自己的ARM-7核。

　　這些處理器中只有應(yīng)用處理器是多功能的，它需要運(yùn)行用戶接口代碼，與加速器一起處理圖形，為相機(jī)模組做圖像處理以及在空閑時(shí)間執(zhí)行應(yīng)用軟件。當(dāng)設(shè)計(jì)資源緊張時(shí)，這種結(jié)構(gòu)甚至?xí)獞?yīng)用處理器來做像素級(jí)的信號(hào)處理，而這個(gè)工作通常是由專用圖像信號(hào)處理核來完成的。但是這種低成本的技巧會(huì)影響相機(jī)的相應(yīng)時(shí)間和幀速率，而且只會(huì)在低分辨率時(shí)有效。

　　這種由獨(dú)立模塊來組建SoC的方法有很多的優(yōu)點(diǎn)。比如，它可以讓系統(tǒng)集成工程師通過來自外部的授權(quán)模塊完成設(shè)計(jì)，而不用找很多高手自己開發(fā)。對(duì)于這種組合設(shè)備例如iPhone，以及相對(duì)比較輕技術(shù)的OEM比如蘋果，這具有很顯著的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于有緊湊周期的項(xiàng)目它同樣有明顯的優(yōu)勢(shì)，比如iPhone在用三星取代PortalPlayer作為SoC供應(yīng)商時(shí)面臨的時(shí)間問題。

　　這個(gè)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)很大部分在于功能模塊的獨(dú)立大大簡化了系統(tǒng)級(jí)的建模。除了共享資源例如DRAM，不必再去考慮并給用戶場(chǎng)景的最壞情況建模。

　　另外，通過提前定義用戶場(chǎng)景，可以在大部分的時(shí)間內(nèi)要SoC的大部分不僅處于空閑甚至休眠的狀態(tài)。因?yàn)閕Phone本質(zhì)上是個(gè)封閉的系統(tǒng)，所以蘋果在電源管理上有很大的優(yōu)勢(shì)。比起采用通用可編程器件，他們可以實(shí)現(xiàn)更高的電源效率。

　　作為對(duì)比，來看最近發(fā)布的EnViE，來自Mobilygen公司的H.264視頻編解碼芯片SoC。從某種程度上講，iPhone系統(tǒng)芯片和Molilygen CoDec芯片在系統(tǒng)框圖上有著顯示的相似點(diǎn)-由不同用戶接口圍繞的神秘核芯片，精心設(shè)計(jì)的外部DRAM通道。同樣地，在功能上每個(gè)芯片都面臨接口服務(wù)、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)傳遞以及硬實(shí)時(shí)任務(wù)的組合。當(dāng)然，兩個(gè)芯片在細(xì)節(jié)上千差萬別。

　　Mobilygen考慮視頻CoDec的出發(fā)點(diǎn)是抽象算法和軟件實(shí)現(xiàn)，而不是SoC的設(shè)計(jì)。它的核心不是獨(dú)立功能模塊的群集，而是兩個(gè)實(shí)時(shí)多線程處理器。多線程的結(jié)構(gòu)使得核可以在同一CPU上處理來自不同功能的一系列任務(wù)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)任務(wù)的硬實(shí)時(shí)需求。它也使得CPU可以容忍內(nèi)存延時(shí)，因?yàn)楹丝梢栽谝粋€(gè)周期內(nèi)轉(zhuǎn)換線程。

　　有趣的是，這意味著CoDec核的硬件模塊框圖（一個(gè)CPU對(duì)，圍繞著數(shù)據(jù)交換的一些加速器集群）完全不同于功能模塊框圖（更像是三階的流水線）。

　　在很低功耗水平的情況下，不用將很多負(fù)荷丟給一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)去做H.264編碼和解碼，這種情況與傳統(tǒng)的用獨(dú)立硬件模塊去進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的不同。

　　或許這樣的結(jié)構(gòu)來源于把系統(tǒng)看作是軟件任務(wù)而不是硬件模塊。SoC（兩個(gè)CPU核，一個(gè)處理用戶代碼的ARM-926以及一系列的硬件加速器）的工作是提供一個(gè)可將任務(wù)動(dòng)態(tài)映射的靈活結(jié)構(gòu)，而不再是對(duì)每個(gè)任務(wù)都無法共享資源的固化平臺(tái)。理論上講，這樣的結(jié)構(gòu)在硬件使用上更加有效，在功耗方面也更加出色。

　　理論上，每種結(jié)構(gòu)都可以完全利用到功耗管理的最先進(jìn)理念：電壓島、動(dòng)態(tài)節(jié)電以及動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整。但是實(shí)際上，SoC的真正設(shè)計(jì)者能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)有限。另一方面，多用途核的方式將大部分的任務(wù)交給兩個(gè)CPU，而應(yīng)用者可以根據(jù)需要進(jìn)行功耗管理。

　　我們是否可以說SoC設(shè)計(jì)來到一個(gè)交叉點(diǎn)呢？在這里采用功能獨(dú)立模塊的方式逐漸被拋棄，而將動(dòng)態(tài)任務(wù)分配給通用計(jì)算陣列的方法受到青睞。這么講也許為時(shí)過早。但是看看這兩顆芯片，我們不得不做這樣的考量。