Transmeta CPU的关键技术与特色

Transmeta关键技术有(1)软硬件混合架构及(2)LongRun电源管理技术，兹分述如下：

(1)软硬件混合架构

传统的X86(或X86兼容)CPU基本上乃是以硬件来建构其X86 CPU的功能，而Transmeta为了减少晶体管以达省电的功能(IC耗电量与其晶体管数大约成正比)，乃以简洁的超长指令(Very Long Instruction Word;VLIW)核心配合一套称为CMS(Code Morphing Software)之指令翻译软件来建构其X86兼容CPU(图一)。其中的VLIW核心的原始指令与X86指令是完全不同的，为了能执行X86指令，必须配令CMS将X86指令翻译成VLIW原始指令才交给VLIW核心执行。

《图一 Transmeta CPU的软硬件架构》

事实上CMS系改良自1980年代的指令仿真技术(Instruction Emulation)与动态翻译技术(Just-In-Time Compilation)，已商品化的X86仿真器有Sun的WABI(SPARC用)、Compaq的FX!32(Alpha用)，及Insignia的SoftWindows(Power PC用)等，但以上产品都会有效率低落(约只有原始指令之20%)且无法达到100%兼容的缺点。而Transmeta之CMS的重要成就即在于将加速CMS之硬件预先设计在VLIW核心里面[(图二)、(图三)阴影部份即为配合CMS与省电功能之硬件]，使根据Transmeta之报告其仿真效率达75%，且达到100%兼容。

《图二 TM3120方块图》

《图三 TM5400方块图》

(2)LongRun电源管理技术

为了进一步节省电源，Transmeta还在较高阶的TM5400中设计了一套电源管理硬件与CMS配合。LongRun总共有16阶的电压/频率可供调整(表一)，利用CMS软件所收集到的CPU使用率(Utilization)信息来设定电压与工作频率；因为消耗功率与CV2f成正比，所以较小之电压与工作频率可以节省功率之消耗。在调整工作频率时可一次到目标频率，电压则分成多次调整，但因调整速度都很快，所以用户几乎感觉不到。

《表一 Long Run电源管理为TM5400提供16阶之频率/电压》

(表二)说明TM3120与TM5400之重要规格，其中TM3120目标市场为Information Appliance(如Web PAD，STB，Thin Client等)的应用，而TM5400目标市场则为超薄型NoteBook PC之应用。

《表二 TM3210与TM5400重要规格》

(表三)则说明TM3120、TM5400与Intel Pentium Ⅲ之消耗功率比较，可以清楚的看成两者皆比P Ⅲ省电，TM5400功率大约只有P Ⅲ的25%左右，而TM3120因不具LongRun电源管理所以平均功率稍高。

由各种应用来分析Transmeta所带来之冲击

(1)各种不同应用之CPU消耗功率/效能分析

轻薄短小可携式设备已成为现今及未来电子设备之重要趋势，而上网的能力更是一项重要功能。一般而言，可携式设备大致可以分成三大类，一为体积最小最轻巧之Palm Size PC或Hand-hold PC，此类设备要求CPU的消耗功率小于0.4W，而且效能在20~100 MIPS中间，其中如Palm Pilot功能简单者约20 MIPS之CPU即可；但如包含较复杂之功能，需配合如Win CE等OS，则需约100 MIPS之CPU。第二类则是通称为Information Appliance之设备，如Web PAD、Thin Client及STB，上网与Email是其基本功能，其中如Web PAD更需可携带，其CPU耗能需小于4W，且效能需达200MIPS以上，以便执行Mobile Linux、pSOS等Real-time OS。第三类则是超薄型之NoteBook PC，因为体积小，不能使用散热风散，所以CPU耗能必须小于8W，而CPU效能最好大于300 MIPS；且为了能使用既有之PC软件，95%以上是X86兼容CPU。(表四)是以上三类应用之CPU功率及效能范围之简述。

《表四 可携式电子装置之分类与CPU效能/功率限制》

(2)Palm-size PC或Hand-held PC

此类型应用之主要CPU有Strong ARM、MIPS、SH3等(表五)。因为消耗功率必须小于0.4W，所以Transmeta之CPU并不适用，故不会受到Transmeta CPU之影响。

《表五 主要Palm-Size PC用CPU重要规格比较》

(3)Information Appliance

此类应用需要比Palm-size PC较多之功能，本身即具上网通讯接口，通常会执行Mobile Linux或其他Real-time O.S.，而上网与电子邮件为必须之功能；有时为了能执行兼容软件亦会选择Window98为O.S.。

这类应用主要是CPU有NS之Geode GX1及GXLV(表六)，这两种CPU皆与Media GXm架构相同，只是制程不同而已；此外，NS亦将推出下代之Geode SC1400高整合型CPU。Transmeta的TM3120以其优异之效能将在此领域造成冲击，尤其是未来将进入此领域之厂家威盛、硅统、STM、Rise将备受压力，NS因有高度整合之优势受到的影响不会太大。NS与Transmeta有成为前二大之潜力，因为这个领域是Intel所未涉足之领域，所以Transmeta初期将以此领域为重心。

《表六 主要IA用CPU重要规格比较》

(4)超薄型Notebook PC

此领域CPU的功率消秏必须小于8W，其实是利润最丰厚之领域，过去几乎无人能与Intel竞争。AMD之Notebook CPU耗电一直超过10W，所以只能专攻体积较大之Notebook PC市场；而Transmeta TM5400的低秏电将可设计出优异之超薄Notebook PC，而且亦可省去复杂之散热Heat Pipe机构，但最重要的是可延长电池使用时间达3~4倍。可以想见Intel必然以各种营销手段阻止系统厂商使用Transmeta CPU，未来与Transmeta将有一番激烈之攻防战。

结论

(1)Transmeta以专利筑起进入障碍

欲设计高效能与低秏电CPU，除了由制程着手外，Transmeta的方法的确是一个有效的方法。当然Transmeta亦已在整个CMS与电源管理获得4个专利，未来必然将以更多专利足以成为后来者之进入障碍，这是Transmeta之重要策略。

(2)未来观察重点

Transmeta的CPU虽然不是当今最省电的CPU，而且并不适用在Palm-size PC，但比起Intel、AMD、VIA及Rise之X86产品，它的确具有最高的之效能功率比。

虽然打进CPU市场需要极大之后劝支持，预估Transmeta将在Information Appliance与超薄型Notebook PC领域产生不小的冲击。而未来Transmeta的产品是否可以具有100%兼容与75%之高效率指令仿真是后续观察重点，亦是能否打破Intel寡占Notebook CPU市场之关键。