Микропроцессоры VIA Technologies

ОБЗОРЫ

Эти кристаллы изначально проектировались для недорогих ПК, ноутбуков и Интернет-устройств

В начале этого года доходы корпорации VIA Technologies (www.viatech.com) по сравнению с аналогичным периодом прошлого года увеличились на 32,7% и составили 99 млн. долл. Эти цифры контрастировали с показателями других производителей микросхем, которые ссылались на снижение продаж из-за экономического спада во всем мире. Действительно, мировой объем продаж микропроцессоров, по данным Американской ассоциации полупроводниковой промышленности, сократился на 7%.

По заявлениям высшего менеджмента VIA Technologies можно судить, что корпорация настроена на упорную борьбу за место на высококонкурентном рынке микропроцессоров, хотя от их производства она получает всего около 5% доходов. Один из способов снижения себестоимости своей продукции VIA Technologies видит в отказе от содержания собственных производственных мощностей. Эксперты считают, что именно высокие расходы на оснащение заводов привели к неспособности многих полупроводниковых компаний составить конкуренцию продукции Intel.

Как всё начиналось

Фирма Cyrix была основана группой бывших сотрудников Texas Instruments в 1988 г. и стала хорошо известна как производитель самых быстрых и точных арифметических сопроцессоров. Первый микропроцессор, совместимый с архитектурой x86, был создан ею в 1992 г. За довольно короткое время компания разработала полную линию 486-х микропроцессоров. В ноябре 1997 г. Cyrix была куплена корпорацией National Semiconductor за 550 млн. долл. и стала ее подразделением. Но уже в мае 1999 г. под давлением ценовой политики Intel на рынке National пришлось отказаться от Cyrix.

Микропроцессор VIA C3

К немалому удивлению многих компанию Cyrix приобрела VIA Technologies - известный производитель наборов микросхем. Эта корпорация, вполне успешно конкурирующая в последнее время с Intel в области чипсетов, причем во многом за счет умения продавать именно дешевые продукты, решила попробовать применить свою стратегию в области микропроцессоров. Самым простым путем к реализации этого плана была покупка компаний, уже работающих в этой области. Помимо Cyrix в том же 1999 г. VIA Technologies купила у IDT (Integrated Device Technologies) компанию Centaur Technology. Вместе с этими приобретениями, стоившими корпорации около 120 млн. долл., VIA Technologies получила не только интеллектуальные права, но и опытные команды инженеров, разрабатывающих современные микропроцессоры.

После покупки процессорных подразделений корпорация не ограничилась продолжением производства Cyrix MII (интерфейс Socket 7) и через некоторое время заявила, что намерена выпускать свой собственный кристалл для платформ с интерфейсом Socket 370. Кристаллы Cyrix III стали первым продуктом VIA Technologies для рынка микропроцессоров. Что же касается названия изделия, то в данном случае корпорация просто выбрала самую знаменитую и узнаваемую процессорную марку из тех, которыми располагала, добавив свое имя в начало - VIA Cyrix III. Впрочем, мнения аналитиков в отношении стратегии VIA Technologies разошлись. “Яйцо - не оружие против камня. С процессорами Intel конкурировать невозможно”, - заявил один из них.

От Cayenne до Samuel

Первые сведения о ядре Cayenne, разработанном специалистами Cyrix, появились еще осенью 1997 г. Этот модифицированный кристалл 6x86-линейки поддерживал набор уникальных SIMD-инструкций. Модуль операций с целыми числами оставался практически нетронутым, а вот модуль операций над числами с плавающей запятой должен был подвергнуться довольно значительным изменениям: появлялась конвейерная обработка и возможность выполнения до двух операций с такими числами за один такт.

Предполагалось, что Cayenne начнут производить во второй половине 1998 г. с соблюдением проектных норм 0,25 мкм. Благодаря этому на площади кристалла около 70 кв. мм планировалось разместить 6,8 млн. транзисторов, а тактовая частота должна была варьироваться в пределах от 250 до 350 МГц. Примерно через год на смену ему прочили кристалл Jalapeno. До середины 1999 г. Cayenne успели переименовать сначала в Jedi, а потом в Gobi, однако до реального производства дело так и не дошло.

Первым коммерческим продуктом VIA Technologies, объединившей усилия двух команд разработчиков микропроцессоров для недорогих систем, стал в начале 2000 г. кристалл Cyrix III, базирующийся на ядре Cyrix Joshua. Он, как и предшествующие микросхемы Cyrix, имел неплохую производительность в офисных приложениях и невысокую цену, однако успехом не пользовался.

Не меняя название микропроцессора, VIA Technologies прошлым летом выпустила на рынок кристаллы с новым ядром Samuel, основанным на технологии Centaur. Базирующийся на высокоэффективной архитектуре Dynamic Power Caching, процессор VIA Cyrix обеспечивал оптимальное соотношение производительности и низкого энергопотребления для недорогих ПК, ноутбуков и информационных устройств, сохраняя при этом универсальность и готовность к модернизации благодаря полной совместимости с отраслевым стандартом Socket 370.

Площадь ядра составляла около 75 кв. мм, что позволяло разместить на нем 11,2 млн. транзисторов. При производстве кристаллов соблюдались проектные нормы 0,18 мкм. Емкость кэш-памяти первого уровня достигла 128 Кб (64 Кб на команды и 64 - на данные). Частота системной шины - 100 или 133 МГц. Обеспечивалась также поддержка технологий 3DNow! и MMX. Энергопотребление кристалла не превышало 10 Вт.

Но у нового изделия был один серьезный недостаток. В результате того, что за один такт осуществлялась выдача всего одной инструкции, каждый промах в кэш-памяти первого уровня вызывал простой конвейера, который насчитывал 12 ступеней. Кроме того, отсутствие интегрированной кэш-памяти второго уровня также пагубно сказывалось на его производительности. На рынке были доступны микропроцессоры VIA Cyrix III с тактовыми частотами 500, 533, 550, 600, 650, 667 и 700 МГц.

Первоначально для изготовления кристаллов VIA Technologies использовала производственные мощности National Semiconductor. В настоящее время к услугам корпорации гигант тайваньской полупроводниковой промышленности компания TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), с которой VIA Technologies связывают давние и прочные отношения. Отметим, что на двух фабриках TSMC уже отработано производство с соблюдением проектных норм 0,15 мкм.

В конце прошлого года TSMC вместе с VIA Tecnologies анонсировала первый в индустрии работающий образец микросхемы, выполненной с учетом проектных норм 0,13 мкм и изготовленной промышленным способом. Новые процессоры разрабатывались на основе CL013LV - одной из четырех 0,13-микронных технологий, предлагаемых TSMC. В отличие от базовых процессов CL013G и CL013LP (используемых для изготовления продуктов со сниженным энергопотреблением), CL013LV ориентирован на достижение максимального быстродействия. Кроме того, для специализированных приложений предназначена сверхвысокопроизводительная версия 0,13-микронного процесса TSMC (CL013HS). Благодаря применению усовершенствованного производственного процесса размеры кристалла удалось уменьшить на 72% по сравнению с чипами, изготовленными с соблюдением проектных норм 0,18 мкм.

Используемые производственные мощности позволяют выпускать кристаллы с соблюдением проектных норм 0,18 мкм для тактовых частот 500-700 МГц, 0,15 мкм - для 667-750 МГц и 0,13 мкм - для частот свыше 800 МГц.

Рождение C3

На выставке CeBIT 2001 VIA Technologies объявила о начале поставок нового процессора VIA C3, работающего на частоте 733 МГц. Он стал первым в мире кристаллом, производимым с соблюдением проектных норм 0,15 мкм. Процессор основан на ядре Samuel2, которое имеет самую маленькую площадь - всего 52 кв. мм, что составляет примерно 69% площади прежнего ядра Samuel. Общее число транзисторов в этом случае достигает 15 млн.

Кристалл оснащен кэш-памятью первого уровня емкостью 128 Кб, а также встроенной кэш-памятью второго уровня емкостью 64 Кб. Кроме того, он поддерживает технологии 3DNow! и ММХ. Реализация шины GTL+ позволяет кристаллу работать со 133 МГц интерфейсом.

Однако Samuel2 - это не просто ядро Samuel с ужесточенными проектными нормами. VIA Technologies не только ввела интегрированную кэш-память второго уровня, но и позволила увеличить эффективную суммарную емкость общей кэш-памяти. Данная величина равна сумме размеров кэш-памяти первого и второго уровня. Обычно часть кэш-памяти второго уровня отводится под хранение полной копии содержимого кэш-памяти первого уровня. В VIA C3 данные, хранящиеся в кэш-памяти первого уровня, никогда не совпадают с данными, хранящимися в кэш-памяти второго уровня. Дублируются только модифицированные строки, ожидающие записи в основную память. Подобная организация кэш-памяти используется в микропроцессорах AMD - Duron и Athlon. В результате размер кэш-памяти для нового кристалла равен 192 Кб (128 + 64).

Благодаря маленькому ядру и эффективному структурному дизайну энергопотребление нового кристалла на стандартных программных приложениях не превышает 6 Вт. Пониженное энергопотребление означает и меньшее тепловыделение. Как заявляют представители VIA Technologies, это тепловыделение настолько мало, что новый кристалл может даже работать только с пассивным охлаждением, а стало быть, его можно использовать в ультрапортативных устройствах.

По заявлению разработчиков, новый микропроцессор полностью совместим со всем спектром стандартных системных плат (с интерфейсом Socket 370) ведущих мировых производителей. В частности, его целесообразно использовать вместе с наборами микросхем VIA Apollo PLE133, ProSavage PM133 или ProSavage Twister (KN133).

Ближайшие планы

VIA Technologies обнародовала дальнейшие планы по выпуску новых кристаллов. До конца года частоты кристалла VIA C3 возрастут до 850 и 866 МГц. В этом же году корпорация планирует представить х86-совместимый микропроцессор с тактовой частотой свыше 1 ГГц.

Во время работы выставки Computex VIA Technologies анонсировала новый процессор с ядром Ezra, выполненным с учетом технологических норм 0,13 мкм и имеющим тактовую частоту 800 МГц. Единственное отличие этого кристалла от его предшественника Samuel2 заключается именно в использовании более совершенного технологического процесса. Как следствие, новые кристаллы работают на более высоких частотах (до 1 ГГц) и потребляют меньше энергии (всего 9,7 Вт на частоте 1 ГГц). Остальные спецификации остались неизменными: кэш-память первого уровня - 128 Кб, второго уровня - 64 Кб, частота системной шины - 133 МГц. Обеспечена также поддержка технологий MMX и 3DNow! Подобные процессоры выпускаются на заводах TSMC и продаются под торговой маркой C3.

Корпорация по-прежнему будет ориентироваться на рынок недорогих кристаллов, в частности, в развивающихся странах, таких, как Китай, Бразилия, Индия и Мексика. Например, VIA Technologies сообщила о получении заказов на процессоры от четырех ведущих компьютерных компаний Китая: Legend Computer Systems, Great Wall Computer Software & Systems, Beijing Founder Electronics и TsinGhua TongFang. Каждому из китайских клиентов планируется отгружать примерно по 30 тыс. устройств ежемесячно. Столь массовый приток заказов из Китая обусловлен началом реализации в этой стране программы широкого внедрения информационных технологий в образование, которая, как ожидается, потребует ежегодно не менее 3 млн. компьютеров базового и среднего уровней.

Ряд крупнейших тайваньских производителей компьютеров, среди которых Arima Computer, Twinhead International, Quanta Computer, объявили о том, что готовы представить свои модели ноутбуков на процессоре C3 и мобильном чипсете ProSavage Twister. Цена данных устройств может колебаться в диапазоне $940-$1250. Летом стало известно, что американская компания Rauch Medien начинает выпуск серверов GreenServ (1150 Rack), предназначенных для Интернета и базирующихся на процессоре VIA C3 750 МГц. В IV квартале выйдут модели на базе процессоров C3 с частотами 800 МГц и 1 ГГц. Основным плюсом данных компьютеров является низкое энергопотребление, что позволяет сократить затраты на электроэнергию.

Еще более амбициозные планы корпорация строит на будущий год. Новый вариант процессора VIA C4 (ядро под кодовым названием C5X) будет содержать встроенную кэш-память первого уровня емкостью 128 Кб, второго уровня - 256 Кб и поддерживать набор мультимедийных инструкций Intel SSE. Ожидается, что тактовая частота этого процессора нового поколения достигнет 1,2 ГГц, а кристалл будет выполнен с соблюдением проектных норм 0,13 мкм и использованием медных соединений. Должна выйти и мобильная версия C3 с потребляемой мощностью около 5 Вт. В будущем планируется довести потребляемую мощность мобильного микропроцессора до 4 Вт.

Стоит отметить, что областями использования новых микропроцессоров останутся недорогие системы начального уровня, мобильные компьютеры и, может быть, базовые серверы. К тому же, по признанию менеджеров VIA Technologies, ключевым для компании по-прежнему остается не процессорный бизнес, а выпуск чипсетов.