NVIDIA的野心 Tegra处理器的大揭密

Tegra——指甲上的计算机系统

在掌上设备领域，Tegra实际上属于移动应用处理器（AP，Application Processor）的范畴。那么，Tegra这样的移动应用处理器是如何将众多功能集成在一块指甲壳大小的芯片中的呢？Tegra内部的各模块是如何互联通信？让我们看看这颗芯片中的结构。

从图1中，我们可以看到主计算核心是来自ARM公司的ARM11，其它就是各种实际应用需要的各种模块。如3D需要的GeForce GPU、处理2D图像和图片的Image Processor、处理视频编解码的HD Video Processor。

图1：Tegra的芯片结构

虽然Tegra没有画出其它各个部分和ARM核心的链接方式，但根据惯例，GeForce GPU、Image Processor、HD Video Processor、USB OTG、显示控制器、HDMI、内存控制器这类的高速模块，会使用ARM提供的AXI高速总线连接，位宽应该在64bit以上，工作频率200MHz以上， 带宽可达1.6GB以上。

而I2C、I2S、UART以及IrDA（红外）、各类串行接口、AC'97等模块使用ARM提供的APB低速设备总线互联，传输率可达266Mb/s以上，并具备低功耗和接口设计简单的特点。

图2：Tegra的内部总线

这样看来，Tegra的内部总线和标准PC总线是如此类似(图2、图3)：AXI总线相当于北桥，APB总线相当于南桥。但是和PC系统不同的是，Tegra中特定模块在不使用时，是可以完全关闭的。比如在不处理3D数据时，GeForce GPU完全被关闭；而在无电话或MID待机时，除了一个很小的Alive模块仍处在工作状态下外，整个Tegra包括ARM都将进入休眠（Sleep）或者待机（Stop）状态，大限度节约电能。

图3：PC的内部总线

当键盘、触摸屏、或者芯片外的基带芯片接到指令，要求Tegra重新工作时，Tegra又会在1ms内回到正常工作状态，用户基本上感觉不到延迟。这就是移动应用处理器的大优势——高集成和低功耗。

而Atom目前不可能应用到智能手机中，因为仅仅一颗处理器就已经达到了一颗AP的面积，再加上配套芯片组，体积过于庞大。而且由于安装的大多是Windows XP系统，导致Atom待机和休眠后的恢复时间较长。不过，Tegra却能轻轻松松地进入类似Moto V8这样的超薄手机中发挥作用，并且快速切换休眠、待机和正常工作状态。

图4：Atom与Tegra的芯片面积、功耗大小比较

也许有的朋友会说这套系统的性能和PC相去甚远，但是不要忘了掌上设备运行的可不是臃肿的Windows桌面操作系统，而是针对小型设备优化过的Symbian、Linux、Windows CE、Windows Mobile，输出的是QVGA或者WVGA的LCD屏幕*。这样配置对系统性能的要求远远低于桌面电脑。

*注：QVGA即“Quarter Video Graphic Array ”顾名思义就是只有标准VGA尺寸的4分之一即分辨率为320×240像素。WVGA即“Wide Video Graphic Array”，分辨率为800×480像素。

在Tegra出现前，市场上已经有很多公司在生产自己的移动应用处理器，应用在各式各样的智能手机、MID、GPS导航仪等设备上。之所以NVIDIA推出Tegra会引起如此大的影响是因为NVIDIA的Tegra功能强大，部分性能可以说已经领先于目前市场上的AP整整一代的距离。