浅析便携系统中微处理器功耗的设计考虑

理器市场的份额超过99%。

　　在处理器型号方面，AMD的移动型K6-2现在是市场的主导产品，这要归功于Toshiba和Compaq公司在流行的笔记本计算机中采用它。 AMD的处理器的功耗与Intel的类似处理器的功耗相当。例如，具有"3DNOW"技术的AMD移动型K6-2-P处理器功耗在典型应用中小于12W。而AMD的移动型处理器的处理速度比Intel的更高。例如，AMD的移动型K6-2的频率为380MHz，而Intel的移动型Celeron和移动型 Pentium II 的频率只有366MHz。尽管Intel现在有400MHz的移动型Petium II，而AMD也有400MHz K6-2-P和380MHz K6-III-P。

　　用于K6-III-P的AMD "TriLevel Cache"，使其处理器家庭比Intel的移动型处理器具有更高的性能。AMD芯片具有片上64KB L1高速缓存和片上256KB L2高速缓存。另外还有100MHz总线支持高达1MB的任选外部L3高速缓存。像K6-2-P一样，K6-III-P在典型应用中的功耗小于12W。

　　一个小公司Rise Technology公司以廉价、低功率并与X86兼容的处理器瞄准1000美元以下的笔记本计算机市场。该公司的mp6家庭已用0.25μm工艺投入批量生产，时钟频率高达266MHz。现在Rise 公司正在推出时钟频率高达366MHz的0.18μm型的样品。第二种0.18μm型（mp6 II）将于今年晚些时侯推出，其时钟频率高达466MHz。该公司声称，mp6和mp6 II的2V型与任何参与竞争的处理器相比，其功耗是最低的，是其他移动型处理器功耗的50%。在300MHz，Rise mp6 II的功耗典型值小于4.5W。

　　采用RISC

　　大多数移动应用不采用Intel PC体系结构。例如，Windows CE掌上计算机不用x86处理器，而用RISC处理器。PC体系结构具有系统软件等优点。但x86微处理器几乎从来不是最有效利用电能的方案。所有的功率利用率记录似乎都是由RISC处理器保持的。

　　Hitachi公司的新处理器采用0.18μm工艺技术，工作在低电压。在1.5V，该处理器运行在133MHz，需240mW功率;d 1.8V，运行在167MHz，需要400mW。这与同样性能的处理器相比，其电池寿命延长70%。因为处理器芯片包含一个66MHz PCI总线控制器，所以不需要外部PCI桥接芯片，减少了芯片数。

　　RISC芯核

　　当然，通过在一个定制的片上系统中使用一个芯核处理器可实现最少的芯片数（亦即最低的成本、最小的体积、最轻的重量和最少的电池消耗）。ARM和MIPS Technologies 公司成功地设计出RISC芯核，并许可其他公司把它们用在实际的产品中。

　　例如，NEC Electronics 把MIPS 芯核用在它的新的64位RISC处理器中，这种处理器支持Windows CE操作系统。这种处理器可以用于掌上PC或定制便携产品。NEC的VR4121处理器运行在168MHz，达到224MIPS。

　　当然，NEC处理器包含比RISC更多的功能。完整的芯片也包括一个DSP型乘法和累加（MAC）指令，这可为便携产品提供调制解调器性能。它也含用于中断控制及DMA寻址和控制的电路。多达49个通用输入/输出（GPIO）引脚可供系统设计人员编程，而功率管理部分提供4种节省功率的模式：全速、维持、暂停、休眠。

　　类似的处理器芯片VRC4171A可为手持产品增加彩色LCD图形和PC卡控制。这种芯片工作在3.3V，典型的功耗为250mW。它的4个可编程 GPIO引脚允许与外设通信。这种芯片为处理器提供所需的图形支持而不会导致大的功耗。随着便携产品开始包含彩色图形显示和其他多媒体特性，使得找到兼容的图形芯片日益重要起来。

　　Media Q公司的MQ-200是一款用于消费类电器的图形和显示芯片。除控制器外，该芯片还包含嵌入式DRAM和模拟电路。128位图形引擎和两个板上图形控制器共享1.2GB/s片上存储器总线，这与其他产品相比，总的图形性能提高6位。这种芯片支持总功率预算小于4W的系统，而典型的笔记本计算机的功率预算是 20W或更高。

　　高集成度

　　对于便携设备，使芯片数最少也将使体积最小、重量最轻、成本最低和功耗最少。在数字蜂窝电话中，芯核RISC处理器构成一个高集成度子系统的一部分。基带部分（非RF部分）一般集成一个RISC微控制器、一个低成本DSP、存储器、键盘和屏控制器以及连接逻辑（见图2）。ARM公司的ARM7 TDMI很适合于这种应用。它每兆赫只消耗1.85mW，相对低的13MHz速率可同步GSM900系统中的微控制器。RISC芯核在芯片上只占 4.9mm 2的面积。因为它可以在低的电压下工作，所以片上存储器往往比片外存储器消耗更少的功率。ROM的功耗也小于SRAM。在可能的情况下，使用空载模式可节省功率。通常，片上必须包含一个锁相环，以便为DSP提供时钟信号。

在某些应用（如媒体流处理）中处理器可由数据驱动而不是由固定频率时钟信号驱动。因此，只有当处