解读TI OMAP
技术讲坛
目前全世界每十个人的手机中，平均有六个人的手机就会用到德州仪器（TI）的产品。如果你用的是诺基亚的手机，就更不能不知道它，因为绝大多数诺基亚手机的核心都是出自TI之手。如果说任一家成功企业都有“独家”取胜的秘密武器，那么TI的OMAP（开放式多媒体应用平台）就是它手中的秘密武器。TI也打算凭借“OMAP”这个利器，立志成为21世纪的ARM版“英特尔”！
OMAP 3，让手机厂商尝试超频
TI是ARM芯片的重要授权制造商之一。早在7年前，诺基亚与TI的合作就造就了诸多经典的智能手机产品，包括了主打游戏的N-Gage系列。摩托罗拉、LG、三星等大厂都是其大客户。OMAP是TI针对便携设备推出的一系列多媒体处理器，是TI移动处理器的旗舰产品线。相对于其他应用处理器，OMAP的最大特点是采用DSP和CPU双核架构，以DSP优势弥补了CPU方面的弱势，因此与其他厂商的方案相比，虽然主频速度不高，但总体表现仍然优秀。TI的另一特点是拥有广泛的并且性能较好的周边器件，如WLAN、USB及其他通用接口芯片等，因此能够自主建立完整方案。
在2008年推出的OMAP 3采用Cortex-A8内核、C64x+的DSP内核和硬件加速器、PowerVR图形加速器。虽然血统不同，但OMAP 3也可以粗略看作是此前TI DaVinci架构的低功耗版本，OMAP 3加强了GPP的性能，削弱了DSP的性能，一个考虑是进一步降低功耗，另一个则是市场因素，DaVinci主要用于做视频压缩的产品，而OMAP 3则是面向做视频解码和图形显示的产品。早期的OMAP 3采用65nm工艺，由于采用了支持“层叠封装”（PoP）垂直堆栈的存储器，因此封装面积并不是很大——仅为144平方毫米。当时基于OMAP 3平台的设计与Atom系统相比，所节省的PCB面积甚至达到惊人的90%。
在功耗控制上，OMAP3还算得上比较优秀的：即便在频率为800MHz时的最高功耗也仅为750mW，而在深度睡眠模式时，整个OMAP 3平台仅为0.1mW，比其他双芯片要优秀许多，这主要归功于TI独特的SmartReflex电源管理技术。传统的电源管理多半以降低动态功耗为主，SmartReflex技术则采取整体性做法，以全系统观点分析耗电量和效能之间的关联性，解决动态功耗和静态漏电功耗的问题。SmartReflex能根据设备的处理区段，达到核心电压的优化、实现更精密的功耗管理。根据处理器的运作频率，SmartReflex可将核心电压极为精准地调整至下限，以将耗电量降至最低。这不仅可用来减少作业模式的功耗，也可降低深度休眠模式中的漏电流，进而延长待机时间。 举例来说，在将组件分为多个功耗域后，处于闲置状态的功能块即可进入关机模式或待命模式，确保组件能在更低功耗下继续提供最佳效能。
目前OMAP 3系列处理器已经被用于各类手机，较为常见的有OMAP 3430、OMAP3630/3640三个型号。OMAP 3430的主频为550MHz，采用65nm工艺，搭载IVA2+硬件引擎的情况下，可以解码480P的H.264、WMV9和RM视频，部分格式还可支持至720P级别。该芯片内置PowerVR SGX530 GPU，最高可支持1024×768像素、1600万色的显示。此外这款处理器的超频能力极佳，在少量提升电压的情况下，可轻松超频至1.2GHz，比如摩托罗拉的里程碑手机就采用了此款芯片，但遗憾的是该机型精简了部分IVA 2+引擎，视频解码性能因此骤减。
另两款应用较多的为OMAP3630/3640，硬件配置与OMAP 3430一样，但采用更先进的45nm工艺，频率也提升到1GHz～1.2GHz，搭配256MB DDR2内存。虽然工作频率高了，但由于OMAP3630/3640依然采用了基于C64x+ DSP的IVA2+视频子系统，并不能完美支持480P，通过软件解码并配合处理器超频仅能勉强支持480P视频流畅播放，这对大多数玩家来说是相当失望的。目前摩托罗拉ME811就是采用OMAP 3640，属于单核产品中的旗舰型号。
OMAP 4，跨进双核架构时代
OMAP 3芯片一直深得玩家们的喜爱，但由于设计的标准频率较低，所以在目前“GHz级”处理器浪潮中，手机厂商不得不玩起超频的手法。针对这个问题，TI在今年宣布推出全新的OMAP 4系列应用方案，不仅把处理器的频率提高，还提供了全新的多媒体体验，例如1080P的视频录制/播放以及支持长达约1周的音频播放时间。
相对于OMAP 3所采用的浮点DSP和DSP内核架构，OMAP 4采用统一硬件协处理器的架构，即 C674x（DSP）+Cortex+IVA-HD的统一架构。在处理器核心上，OMAP 4基于A9的原生双核产品，45nm工艺，性能提升是ARM Cortex-A8的1.5倍，同时支持单核运行模式和双核运行模式切换，实现更低能耗。在处理器频率设置上，TI仍采用相对保守的做法——标准频率为1GHz，不过OMAP芯片易实现超频的特点也传承下来了，这从TI对OMAP4的频率标示上也得到佐证——频率标为“1GHz+”。同时针对OMAP 3视频低能缺点，OMAP 4采用了更强劲的IVA 3硬件加速器，可以流畅播放/录制30fps的1080P视频。在图形性能方面，OMAP 4也改用了性能更强的内置PowerVR SGX540图形加速器（注：OMAP 4的顶级型号OMAP4470则采用性能更强的SGX544），3D性能将是SGX530芯片的两倍。
随着处理内核的增加、性能的加强，为了更有效控制功耗，OMAP 4的节能技术也升级到SmartReflex 2。它运用更灵活的适应性电压缩放模式来降低运行功耗，其中的电压是在定义范围内调整，而且SmartReflex2可确保处理器所运用的电压足以使设备根据不同的工作量以预定义的处理器工作频率进行运作。
小提示 | TIPS
SmartReflex 2的电压定义范围是如何确定的？在制造的测试阶段，厂商可以根据测试处理器的性能来决定该装置所需的操作电压，并将这项信息永久储存在装置中。在启动期间，SmartReflex 2控制输出会将相关信息传送到电源供应模块，以选取适当的核心电压。
得益于SmartReflex 2节能技术，OMAP 4的能耗控制相当优秀，例如，双核心OMAP 4430可支持连续10小时的1080P高清视频播放，或支持15小时的720P视频播放，几乎是OMAP 3的4倍。这样的能耗水准，足以让OMAP 4平台在未来平板电脑市场上占据一席之地。
OMAP 4系列目前主要有OMAP 4430、4460、4470三个型号，其中OMAP 4430将在今年年底正式出货，它可让智能手机的工作频率达到1GHz，功耗比前一代处理器降低50％。目前LG已经推出一款采用OMAP4430的产品：LG Optimus 3D，它也是业界第一款采用这一系列处理器的手机。
OMAP 5，开创全新四核心的时代
当我们还在等待基于OMAP 4芯片的手机、平板电脑上市之际， TI马不停蹄地在2011年2月发布了OMAP 5单芯片。
有别于 OMAP 4 家族单芯片内建双核心 ARM Cortex-A9 架构处理单元，OMAP 5 将会采用ARM 最新的 Cortex-A15 架构，采用两组 ARM Cortex-A15 MP内核，一共拥有四个处理核心，这也是第一款采用 Cortex-A15 架构作为处理单元的系统单芯片。采用28nm工艺的 OMAP 5承袭了OMAP系列提升性能与功能的传统，频率也提升到2GHz，提供高达 8GB 的动态内存存取及硬件虚拟化支持，这样的规格已经可以向主流桌面处理器电脑平台看齐。硬件规格的改进让OMAP 5的性能是OMAP 4的三倍，即使是同样频率，OMAP 5 也会比OMAP4 的性能高50%。
为了控制功耗，OMAP 5采用多个不同处理核心的智能组合，每一个核心均针对特定功能加以设计与功耗优化，能够相互协调而发挥最佳的使用效果。除了两组Cortex-A15 核心之外，它还包含两组 ARM Cortex-M4 处理器，供手机处理较小的程序或者手机待机时使用，这样可以在手机不是很繁忙的时候减轻 Cortex-A15 核心的实时处理量，在保证控制性能及响应速度的情况下有效降低手机的功耗——功耗比OMAP 4降低了60%。
在图形处理器上，OMAP 5换用性能更强的PowerVR SGX 544 GPU，具备4个USSE2管道及16个图形处理引擎，性能是OMAP 4所采用的PowerVR SGX 540的2.5倍，并最多同时支持4个显示屏输出。另外，它还支持脸部识别功能、HDMI 1.4a 3D显示、USB3.0、SATA2.0等技术。
OMAP5系列首先推出的有两个型号，分别为针对智能手机使用的 OMAP 5430及针对平板电脑设计的 OMAP 5432，均采用了28nm制程，预计在 2011 年下半年投产。像OMAP 5这样高效能的应用处理器问世，也许未来低功耗笔电市场会被这类处理器洗牌也不一定！像Atrix这样的一机多用的智能手持装置已经成为业界的发展趋势，毕竟微软也宣布投入支持ARM核心，加上Google的Chrome OS，支持ARM平台的系统将会越来越完善。
写在最后
可以说，TI一直在不断改进OMAP平台，而它野心也从智能手机扩展到平板电脑。随着新一代OMAP的升级换代，平板系统将从OMAP平台提供的众多优异特性中受益匪浅，如高集成度、高性能和高电源效率。值得一提的是，TI在平板领域的发展策略可不是只有处理器而已，从去年开始已经推出自己品牌的平板电脑产品Blaze，将自己在3轴加速度计、陀螺仪和数字电子罗盘方面的功能优势，充分通过平板电脑结合在一起。TI的发展策略已经明确了将实现更高集成度和更先进工艺的目标，从而确保基于ARM的OMAP平台稳居ARM阵营的领先地位。