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应用处理器

应用处理器的全名叫多媒体应用处理器(Multimedia Application Processor), 简称MAP。应用处理器是在低功耗CPU的基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路。MAP(应用处理器)是伴随着智能手机而产生的,普通手机只有通话和短信收发功能,称为语音压缩无线收发机更确切一些。 非智能手机处理器的技术核心是一个语音压缩芯片,称基带处理器。发送时对语音进行压缩,接收时解压缩,传输码率只是未压缩的几十分之一,在相同的带宽下可服务更多的人。智能手机上除通信功能外还增加了数码相机、MP3播放器、FM 广播接收、视频图像播放等功能,基带处理器已经没有能力处理这些新加的功能。另外视频、音频(高保真音乐)处理的方法和语音不一样,语音只要能听懂,达到传达信息的目的就行了。视频要求亮丽的彩色图像,动听的立体声伴音,目的使人能得到最大的感官享受。为了实现这些功能,需要另外一个协处理器专门处理这些信号,它就是应用处理器。

应用处理器的主要应用领域是便携式消费类电子,早期的 应用处理器 以微缩版个儿电脑的形式出现在市场上,这就是俗称商务通的个人数字助理(PDA)。PDA 需要有一双大手才能握住,操作比个人电脑复杂,功能远不如一台低端电脑,因而没有流行多久就衰落了。后来 PDA 与手机功能相结合,并整合了信息管理、摄影、游戏、MP3 等功能后开始火爆起来,现在每年 90%的应用处理器都是用来装配智能手机。应用处理器自身的功耗和体积不断在缩小,功能也日益强大,现在的手机都能装在上衣口袋里,手机使便携这一称呼变得名副其实。

高端的应用处理器只要具备大于VGA(640×480)或D1(720×576)尺寸的图像处理能力,就可以用于桌面电子系统,如数字电视机、IPTV机顶盒、可视电话、电子像框等设备。如果采用工业标准的工艺生产和封装,还可以用于智能监控,汽车电子,医疗仪器等领域。

应用处理器是伴随智能手机而发展起来的,目前是以协处理器的地位出现在智能手机中,但这种情况很快就会发生变化。就象上世纪九十年代中期,386整合286和协处理器一样,基带处理器会整合到应用处理器中,或者说把应用处理器整合到基带处理器中去。因为这两种IC都是数字电路,电路的规模和工艺相近。为什么现在没有整合?是因为两种技术分别掌握在不同的公司手里,应用处理器 厂商开始设计芯片结构时就想把基带 IP 内置于自己的芯片中,但苦于一时买不到合适的IP,或者在时间和风险上存在问题。我想基带厂商也有同样的想法。于是这种整合放到了下一步。现在虽然已有基带 应用处理器 面世,这是语音基带厂商设计的,多媒体功能比较弱,无力与主流应用处理器抗衡。

接下来的发展是混合设计,现在应用处理器 需要与模拟和混合 IC 配合才能构成系统,这些外围包括视频编解码器、音频 ADC/DAC、功率放大器、以太网接口、HDMI接口、蓝牙模块、Wi-Fi模块、GPS模块、FM模块、电源管理等。未来的应用处理器除了外接DDR和FLASH外,没有其他外围IC,是一个名副其实的SoC。

随着便携式电子产品的功能越来越多和软件的规模越来越大,应用处理器必须在不增加功耗的前提下大幅度增加处理能力和速度才能适应要求。目前最强大的嵌入式CPU是32位的ARM11,时钟速度是750MHz,与64位4GHz的至强处理器相比差距甚远。但提高时钟频率后,功耗会急剧上升,需要高效和智能的电源管理技术和更微细的小于45纳米的低功耗工艺来寻找出路。

多核结构也是一条增强功能的出路。未来的应用处理器用ASIC还是DSP还会继续争论下去,比较好的结构是用CPU+DSP,在CPU上安装嵌入式操作系统,运行应用程序和处理用户数据,用DSP对付格式繁杂的视音频信号。


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