ARM成最大赢家 浅谈平板电脑硬件架构

    泡泡网平板电脑频道1月23日 随着2011年CES消费电子展的结束，平板电脑已经成为了消费电子不可阻挡的一股新兴力量，各大IT厂商、显示器厂商、嵌入式设备厂商甚至家电厂商、零售商都开始谋划自有品牌的平板电脑产品线，比如大家可能都已经听说国美已经推出了自有品牌的平板电脑产品。

    作为一种新兴的产品，平板电脑不管在软件架构还是硬件架构方面都相对于我们传统的PC更加灵活，软件方面主要以 Android、Windows 7、Apple iOS、WebOS、BlackBerry等等为主。

    而硬件架构从宏观上讲主要分x86和ARM两大阵营，微观上讲则可以分为多个厂商的多种芯片了，比如x86阵营的典型代表Atom，ARM阵营的典型代表Tegra 2、德州仪器的omap系列、高通的Snapdragon系列、Apple A4等等。

    其实从某种程度来说，也正是因为有大量可选的软硬件方案，才使得平板电脑能够在短时间内成为当今消费电子领域的一大热点，尤其是相对开放的ARM硬件架构，成就了一大批的平板电脑操作系统，这对于消费者来说也是一件好事，至少可以避免目前PC领域Windows系统几乎独霸的局面。

    今天，我们这篇文章主要从平板电脑的硬件架构来谈谈目前平板电脑的一个大概情况，并对一些架构的优劣进行简单的分析，希望大家在读完今天的文章之后，能够对平板电脑的硬件架构有一个新的认识。

    首先，我们应该搞清楚平板电脑到底是一个什么定义，什么样的产品可以被称为平板电脑，了解这一点之后才更加有便于理解我们后文所说到的内容。

    根据维基百科上的解释，平板电脑（英文：Tablet Personal Computer，简称Tablet PC、Tablet、Slates）是一种小型、方便携带的个人电脑，以触控式屏幕作为基本的输入装置。她拥有的触控屏（也称为数位板技术）允许使用者通过触控笔或数字笔来进行作业而不是传统的键盘或鼠标。

    当然，随着平板电脑的升温，各大厂家以及媒体都对平板电脑有了一个更加明确的定义，那就是大于5英寸而小于14英寸且运行着轻量级操作系统的无键盘设备，这一定义更加明确了平板电脑的尺寸及其所运行的软件。然而，这个定义其实严格来说仍然不是特别明确。

    严格来说：平板电脑应该是在具备以上所说的所有特性之外，还必须拥有互联网联接功能、拥有多媒体娱乐功能。后者主要针对电子书而言，因为电子书的尺寸往往和平板电脑差不多，但它并不具备多媒体娱乐功能。

    有了这些明确的定义之后，平板电脑到底是什么的问题也就迎刃而解了。接下来我们就来看看目前平板电脑宏观上的两大硬件架构都各自有什么优劣。

    大家应该知道，目前我们所使用的个人电脑几乎全都采用x86架构，它是Intel公司所倡导的一种采用复杂指令集运算(CISC)的微处理器架构，目前Intel的全系列个人电脑处理器、AMD的个人电脑处理器都属于x86架构。x86架构还有一个扩展架构叫做x86-64(也有称为x64的)，他们也同样采用CISC指令集架构。

    上面一段话中，笔者使用了“几乎”这个词，是因为早期的苹果电脑采用的是IBM公司推出的PowerPC处理器，它并不属于x86架构，而且采用的是精简指令集运算(RISC)。但现在苹果公司已经全面与Intel合作，所有苹果电脑都采用了Intel的处理器，这也使得能够在苹果电脑上安装Windows操作系统。

    平板电脑上的x86架构处理器主要是指Intel公司推出的Atom，配套的操作系统也基本都是Windows XP与Windows 7。x86架构最大的优势就是软件平台非常成熟，毕竟Windows作为目前市场占有率最大的个人电脑操作系统，不仅仅有数不清的软件支持，而且用户使用起来也非常习惯。

    但由于架构本身的限制，x86处理器的问题也非常明显，那就是功耗和芯片尺寸。相对于ARM处理器来说，x86处理器完全可以看作电老虎，功耗几乎是ARM处理器的数十倍甚至上百倍。虽然Atom处理器已经有非常大的改观，但仍然无法与ARM处理器匹敌。这也是x86架构芯片不适合嵌入式以及移动设备的原因，想想哪个手机或者路由器里采用了Intel的芯片?

    ARM架构处理器采用精简指令集运算(RISC)架构，其实它的英文全称就是(Advanced RISC Machine)，翻译成中文为进阶精简指令集机器，可见ARM架构其实是在发挥了RISC优势的基础上更进一步提升处理器性能的产物。

    ARM处理器最大的优势就是其具有超低的功耗，并且处理器内部往往集成了大量的外围设备，比如USB、LCD、I2C、网卡、图形等控制模块，其功耗基本上都是在1瓦左右，甚至有些产品所采用的ARM处理器功耗更低。也正是由于超低功耗的特性，ARM处理器被广泛应用在嵌入式系统领域，包括手机、掌上电脑、多媒体播放器等等。

    而由于现在的ARM处理器大多集成了很多外围设备控制模块，所以严格意义上来说它属于SoC(系统单芯片)产品，这样设计的优势不仅仅能够有效的控制芯片成本和面积，而且对于开发者和硬件厂商来说开发设计难度更低。比如在设计设备PCB板的时候，只需要按照标准设计出适合该处理器的电路就可以了，不用考虑还要为其他大量外围设备设计PCB；而从开发方面来讲主要是移植驱动程序更加简单方便。

    不管从哪方面来说，ARM架构都是平板电脑的非常好的选择，也正是因为如此现在绝大部分平板电脑都采用ARM架构处理器。因为平板电脑作为一种便携式个人电脑，最重要的就是确保设备拥有长时间工作寿命、并且还要保持体积的小巧，ARM架构则完全符合这些要求。

    据统计，ARM家族占所有32位嵌入式处理器75%以上的市场份额，使它成为占全世界最多数的32位架构之一。值得一提的是，ARM这个英文缩写本身不仅仅可以代表一种处理器架构，同时也是ARM公司的名字。该公司并不自己制造ARM处理器销售，而是以销售授权的方式盈利，授权价格非常低廉，再加上产品本身非常成熟，所以广受嵌入式系统硬件厂商的青睐。

    正如你所看到的，目前绝大多数厂商推出的平板电脑都采用ARM处理器架构。包括苹果iPad中的A4处理器也同样是ARM架构的产品。出现这个结果，很大程度上都是因为ARM架构处理器更加适合平板电脑这种产品。

    除了iPad之外，目前平板电脑采用比较多的另一款ARM处理器就是NVIDIA Tegra 2。NVIDIA是全球实力最为强大的图形处理器制造商，虽然很早之前就有传闻NVIDIA将涉足CPU市场，但一直到2008年NVIDIA宣布第一代Tegra处理器之后，才算正式进入了CPU领域。而针对传统个人电脑的x86处理器，NVIDIA已经明确表示不会涉足。

    第一代Tegra处理器推出以后，NVIDIA很快就拿下了第一笔大单——微软，微软公司的Zune HD音乐播放器就采用了Tegra处理器。而随着平板电脑的逐渐火爆，NVIDIA Tegra 2处理器很快就成为了平板电脑厂商最关注的产品，目前已经有大量平板电脑厂商推出采用Tegra 2处理器的产品。

    当然，除了Tegra 2处理器之外，还有德州仪器的omap系列、高通的Snapdragon系列处理器也被广泛应用在平板电脑产品上，可以说在平板电脑的推动下，ARM在个人电脑市场(平板电脑也属于个人电脑范畴)的前景一片光明。

    前面我们简单的介绍了目前平板电脑的硬件架构以及ARM处理器在平板电脑上的情况。总体来看，虽然Intel的Atom处理器相对于传统的桌面处理器已经做得非常出色，但就平板电脑领域来说ARM仍然是非常好的的选择。尤其是有着iPad这样的杀手级产品，ARM未来占据绝大部分便携式个人电脑市场毫无疑问。

    而除了平板电脑之外，微软也在今年的CES上展出了针对ARM处理器开发的Windows 8操作系统，这也可以反映出未来传统个人电脑也会大量采用ARM处理器。作为全球最大的个人电脑操作系统开发商，微软的支持必定会给ARM处理器的发展带来非常大的帮助。x86怎么火的？其实很大程度上就是由于有微软的支持。

● ARM架构处理器面临的挑战

    平板电脑的一大特色就是具有丰富的多媒体娱乐应用，而这些应用也给ARM处理器带来了新的挑战。在平板电脑面世之前，ARM处理器基本上都是服务于一些小型的嵌入式系统设备，这些设备有一个共同的特点就是对图形性能要求不是太高。但在iPad这样产品的引领下，平板电脑要有丰富的多媒体娱乐性，就必须对处理器提出更高的图形性能的需求。

    不过就目前看来，图形性能方面的挑战似乎并不会成为ARM处理器的绊脚石，Apple A4处理器内置的Imagination公司的PowerVR SGX 535在图形性能方面已经非常优秀，现在又有传闻新的iPad 2所采用的A4处理器将集成性能更加强劲的PowerVR SGX543双核图形芯片。另外，NVIDIA公司的Tegra 2处理器图形性能也非常强悍，甚至可以直接玩3D游戏，这得益于他们多年在GPU研发方面积累的技术。

    可以肯定，未来的绝大部分平板电脑都将采用ARM处理器，ARM处理器也必定会给平板电脑带来更好的前景，超低的工作功耗、超长的电池使用寿命、优秀的图形性能这些都会让平板电脑更加好玩有趣，成为人人必备的科技娱乐玩具已经指日可待。■<