转载：德州仪器全系处理器深度解析

 

 

德州仪器公司成立于1930年，是有着近80多年历史的全球知名半导体厂商，它以开发、制造、销售半导体和计算机技术闻名于世，主要从事创新型数字信号处理与模拟电路方面的研究、制造和销售。当然，德州仪器的业务还包括我们今天将要为大家解析的OMAP系列手机处理器。

元老级手机处理器芯片厂商德州仪器的logo

OMAP(Open Multimedia Application Platform)开放式多媒体应用平台，是德州仪器研发的一种专为智能手机、平板电脑和其它具有丰富多媒体功能的移动终端设备而设计的高性能应用处理器，通常包括一个或多个ARM架构处理器和专用协处理器等，这一系列的处理器芯片在早期的诺基亚经典Symbian智能手机以及如今的摩托罗拉Android智能手机上应用最为广泛。

堪称经典的OMAP 1代处理器:成就诺基亚的辉煌

OMAP 1是德州仪器于2003年推出的第一代移动智能终端处理器，具体产品只有OMAP1710这一款。OMAP1710是当时业界第一款采用90nm工艺制程技术的处理器产品，它包括一个基于ARM926TEJ V5 架构的处理器，一个TMS320C55x DSP引擎(使得运行程序和通话互不影响)以及一系列用于处理视频编解码、静态图像压缩、JAVA和安全性的软件和硬件加速器。

第一代OMAP1710处理器芯片核心架构图

也许你现在会对这款OMAP1710处理器感到些许陌生，但相信很多人都用过搭载这款处理器的产品，因为当时诺基亚旗下众多经典Symbian智能手机均搭载这款处理器，这其中就包括当时的大众流行街机N70和N73，此外还有诺基亚6630、6680、6681、E50、E60、E61、E62、E65、E70、N71、N72、N80、N90、N91、N92等至今让人怀念的经典产品。

当年大众流行街机N70用的就是这一系列的处理器

OMAP1710所集成的ARM926架构处理器主频最高为220MHz，拥有32kB的指令缓存以及16kB的数据缓存，支持JAVA硬件加速功能，其内置的内存控制器最大可支持128MB DDR内存，综合性能方面相比前代产品提升了40%。

而得益于其采用的低压90nm制程技术，处理器已经可以在1.05—1.3V之间动态调整，待机状态下的耗电量仅为10mAh，并且还为应用处理、数字基带和实时时钟提供独立电源，以便于对功耗进行精确控制，这也是为何早期诺基亚Symbian手机在续航方面拥有出色表现的原因之一。

作为TI公司TCS wireless chipsets通讯解决方案当中一个重要的可选处理器，OMAP1710能使手机顺利工作在GSM、GPRS、EDGE和UMTS这些当时主流的网络模式下，另外在兼容性方面TI也对其进行最大限度地优化，可以支持包括Linux、Windows Mobile以及Symbian OS等当时主流的智能平台。

性能更为强大的OMAP 2代处理器

由于OMAP1710处理器在诺基亚Symbian终端平台上取得了巨大成功，TI在当时的手机处理器芯片行业发展得可谓顺风顺水。2年之后，TI就在前代产品的基础上推出了更为强大的OMAP 2代处理器，该系列产品型号包括OMAP2420、OMAP2430以及OMAP2431。

相比前代产品，OMAP2代虽然继续沿用低压90nm CMOS工艺制程技术，但集成了更为先进的ARM11架构处理器内核，支持当时所有的移动电话标准，并兼容任何调制解调器芯片组，具有并行处理的优点。

三款OMAP 2代处理器芯片对比

OMAP2420除了集成有最高主频为330MHz的ARM11处理器内核之外，还拥有TI的220MHz TMS320C55x型DSP引擎、2D/3D图形加速器、高级IVA1成像视频和音频加速器等。系统硬件可支持蓝牙、红外和高速USB传输，兼容A-GPS定位功能，还可利用WLAN功能无线上网，并支持第三方SD、MMC存储卡扩展。

OMAP 2420处理器核心架构图

而在图形处理方面，OMAP2420嵌入了Imagination Technologies公司研发的POWERVR MBX型GPU，首次支持OpenGL ES 1.1以及OpenVG标准。其内置的专用2D/3D图形加速器可每秒生成2百万个多边形，能处理400像素甚至更高的静态图片。而其集成的高级IVA1加速器还可协助OMAP2420最多支持400万像素摄像头，实现30帧/秒的VGA(480*640像素)视频记录，并能提供接近Hi-Fi级的3D环绕音效，而且还支持TV-OUT输出功能。

在当时看来，这款OMAP2420处理器在多媒体方面所展现的实力还是相当突出的，包括诺基亚后续推出的N82、N93以及N95 8G等高端机型均采用这一款处理器。

当年的贵族手机诺基亚N95 8G用的就是OMAP2420处理器

同系列的OMAP2430虽然也集成了最高主频为330MHz的ARM11架构处理器内核，但是却把OMAP2420上的220MHz的DSP通讯单元给阉割掉了，将通话功能集成到了ARM11处理器上，或许TI的这一策略是出于成本控制以及节电的考虑。虽然OMAP2430依旧集成了专用的2D/3D图形硬件加速器，但性能却有所缩水，降低为每秒处理1百万个多边形。

而后期推出的OMAP2431则显得有些异类，不仅把OMAP2420上的DSP通讯单元给阉割掉，就连2D/3D图形硬件加速器也被无情地阉割掉。这也就解释了，为何搭载OMAP2431处理器的N86在Jbenchmark3D测试中不如N95 8G流畅，图片浏览也同样逊色于N95 8G。

OMAP 2430/2431处理器核心架构图

不过N86却在系统相应速度以及视频播放方面快于N95 8G，这是因为OMAP2431所集成的ARM11架构处理器主频已由OMAP2420/2430上的330MHz提升至434MHz。

值得一提的是，OMAP2430/2431上的IVA影像与音视频加速器也由OMAP2420的IVA1提升至更为强大的IVA2，这使得相比前代产品OMAP2420在视频性能上提高了4倍，而图形处理能力则提高了1.5倍。

后期诺基亚推出的N86搭载OMAP 2431处理器

尽管现在看来，OMAP1以及OMAP2系列处理器芯片的能力显得有些过时，但在当时却凭借其稳定的性能表现、良好的兼容性以及出色功耗控制，在当时如日中天的Symbian智能平台上得到广泛应用。

应该说，诺基亚早期的经典Symbian智能手机能够大卖并一直保持不错的口碑与人气，很大程度上TI的处理器在其中也扮演了重要的角色。当然，诺基亚Symbian智能手机的热销也进一步巩固了，TI在当时移动处理器领域的核心领导地位，市场份额占据了半壁江山。这种相辅相成，相互促进的效应在之后的摩托罗拉身上得以重演，关于这一点我们后面将讲到。

OMAP 3代处理器助力摩托罗拉在Android市场成功翻身

随着智能手机市场的快速发展，曾经人气高涨的Symbian平台已经开始逐渐走下坡路，而以Android为代表的新兴智能平台的异军突起无疑为之后移动处理器领域的竞争注入一针强心剂，由此TI的第三代移动处理器OMAP3应运而生。

第三代全新架构和工艺的OMAP 3代处理器

TI的OMAP3平台包括早期推出的OMAP34XX(3410/3420/3430)系列以及后续的OMAP36XX(3610/3620/3630/3640)系列处理器，其中OMAP3430最为引人关注，拯救摩托罗拉于水火之中的里程碑一代(Milestone)正是搭载了这款处理器。

OMAP 3代处理器全系列产品对比

OMAP3430率先集成了ARM公司基于ARMv7指令集研发的最新Cortex-A8架构处理器，主频最高为600MHz，最高支持256MB DDR内存。由于TI完全采用ARM公司提供的内核架构，并没有修改，因此OMAP3430也成为业界第一款集成Cortex-A8架构内核的量产处理器芯片，相比此前的ARM11架构处理器在整体性能方面提升了三倍。

让摩托罗拉东山再起的Milestone

同时，OMAP3430也是业界第一款采用65nm工艺制程的处理器，更先进的制程技术使得OMAP3430在降低内核电压进而降低功耗的同时带来更为高效的性能。

而在多媒体方面，OMAP3430集合了更先进的IVA2+加速器，使得在多媒体处理方面可比前代提升4倍之多，可支持MPEG4、H.264等DVD视频的编解码，分辨率最高可达到720P。此外，OMAP也嵌入了Imagination  POWERVR SGX530 GPU芯片，并支持 OpenGL ES 2.0 和 OpenVG标准API接口规范，而其内置的2D/3D图形硬件加速器可以提供更加逼真的用户界面和游戏画面效果。

OMAP 3431处理器核心架构图

另外，OMAP3430还内置有ISP图形信号处理器,既可以提供图像质量又可减少外部组件从而降低系统成本和整体功耗，OMAP3430最高可支持1200万像素的摄像头以及XGA级(1024*768像素)系统显示。

在功耗方面，OMAP3430搭载了TI独有的电源管理技术，通过SmartReflex技术可以根据设备活动、操作模式和温度来动态控制内核电压、频率和功率，进而降低处理器整体功耗。

应该说，堪称一代神机的摩托罗拉Milestone在面世之后能够迅速占领市场，并成功帮助摩托罗拉在Android平台上实现华丽转身，所搭载的OMAP3430处理器功不可没，其稳定的性能表现和良好的兼容性发挥了很大的作用。不过也正是因为OMAP3430推出的时间相对较早，并且最大仅支持256MB内存，因此摩托Milestone在升级到Android2.2后在播放Flash方面就明显有些吃力。

需要注意的是，由于65nm制程技术对于Cortex-A8架构处理器来说在功耗控制上仍有不可控的问题，因此TI将OMAP3430所集成的SGX530 GPU运行频率由默认的200MHz降至110MHz，这也是为何摩托Milestone在游戏体验方面不及当时iPhone3GS的原因之一，虽然这两款同时代的产品在硬件规格上有着很大的相似之处。

摩托Milestone因GPU降频致游戏体验不及iPhone3GS

后续推出的OMAP36xx系列处理器，虽然也集成了ARM Cortex-A8架构处理器，但芯片本身采用了更为先进的45nm工艺制程技术。先进的制程技术不仅让芯片本身拥有更小的发热和耗电，在性能方面也得到了充分发挥。这其中OMAP3610/3620/3630处理器的默认主频已提升至720MHz，而OMAP3640更是提升至1GHz，最大限度地发挥了Cortex-A8架构的性能。

OMAP 3630处理器核心架构图

有鉴于Milestone的巨大成功，摩托罗拉与TI保持了更为紧密的合作关系，摩托罗拉后续推出的Droid X、Milestone2以及广受好评的Defy三防手机均搭载OMAP36xx系列处理器。

双核时代OMAP 4发力Android市场

然而Android平台的快速发展无形中也加剧了移动处理器芯片行业的竞争，更多的厂商开始在这一领域崭露头角，其中nVIDIA更是凭借在图形处理方面多年积累的优势在移动处理器领域发力，率先推出首款集成Geforce ULP的双核ARM Cortex-A9架构处理器。

紧随其后，TI也发布了其OMAP4系列双核处理器平台，具体产品包括OMAP4430/4440/4460/4470。OMAP4系列集成有双核心ARM Cortex-A9MP架构处理器，默认主频从1GHz-1.8GHz不等。相比之前的Cortex-A8架构在整体性能上提升了1.5倍，在制程技术方面则依旧沿用了45nm工艺。

全新双核OMAP 4处理器平台

这其中OMAP4430的默认设计主频为1GHz，拥有1MB二级缓存，内存方面支持双通道LPDDR2 1066。而在GPU方面更是搭载了超频版的PowerVR SGX540，将默认的200MHz提升至300MHz，拥有支持包括OpenGL ES v2.0、OpenGL ES v1.1、OpenVG v1.1和EGL v1.3等主要API，相比先前的SGX530在整体性能方面，提升2倍之多。另外，OMAP4430还集成了包括ISP图像信号处理器以及IVA 3多媒体加速器，可实现1080P多标准视频的编解码功能。

OMAP 4系列各处理器产品性能对比

OMAP4430综合性能领先同期其他品牌产品

相比之下，nVIDIA率先推出的Tegra 2双核处理器虽然也是基于Cortex-A9内核架构，但由于Tegra2的内存通道控制器带宽仅为32bit，并且阉割了NEON加速模块，这使得其在软解Flash以及高清视频播放上有些力不从心。而三星的猎户座虽与OMAP4430在内存控制器带宽上同为64bit，并且都保留了NEON加速模块，但OMAP4430芯片的封装面积比猎户座小很多，这也使得功耗控制上会比猎户座具有明显的优势。

另外，高通的MSM8260型双核处理器由于采用异步双核的内核设计架构，因此整体性能上相比OMAP4430也有一定的差距。

OMAP 44XX系列处理器核心架构图

这也是为何OMAP4430能够在早期的双核系列处理器中获得怪兽级的美誉，成为当时综合性能最强的双核处理器，而摩托罗拉的Milestone3、XT883以及三星的I9100G均搭载这款强悍的处理器。

OMAP 4系列各处理器产品性能对比

在2010年末，TI发布了最新的OMAP4440处理器，虽然同样采用双核心Cortex-A9MP架构处理器，但处理器主频已由OMAP4430上的1GHz提升至1.5GHz，同时还集成了两个Cortex-M3核心用于在更高的能效下处理高时效性应用以及任务管理工作，其中也包括PowerVR SGX540图形显示核心。在升级配置后，其图形性能有了25%的提升，网页载入时间可减少30%，1080P视频播放性能提升一倍。

而2011年在上市的OMAP4460处理器则进一步在OMAP4430的基础上提升了CPU和GPU运行频率，其他方面则基本与OMAP4430保持一致。而TI处理器长久以来稳定的效能表现和良好的兼容性也在OMAP4460上得到继承，包括摩托罗拉Droid RAZR(XT910)以及GALAXY Nexus等明星机型均搭载这一系列处理器。

颇受好评的GALAXY Nexus搭载的正是OMAP 4460处理器

今年在CES大会上最新发布的OMAP4470处理器采用智能型多内核架构，在保持低功耗的同时最大限度提升产品性能。处理器不仅同样集成双核心Cortex-A9MP处理器，同时也集成了两个266MHz的实时电源效率Cortex-M3核心，这其中CPU主频更是提升到了1.8GHz，并且支持双通道466MHz LPDD2内存，相较OMAP4430在页面浏览效果上提升80%。

而图形核心方面，也由OMAP4430/4460上的PowerVR SGX 540升级为PowerVR SGX 544，基于渲染管线的成倍提升以及384MHz的GPU频率，OMAP4470的图形性能相比OMAP4430已提升2.5倍，此外也全面支持微软Direct X 9、OpenGL ES、OpenVG与Open CL等API标准,开始支持ARM版Windows8系统平台。

OMAP 4470处理器将在Win8平板上大有可为

另外，OMAP4470还加入了硬件图形合成引擎，内置了独立的2D图形显示核心，可以在不需要GPU的情况下进行图像合成输出，最大可提供QXGA(1536*2048像素)分辨率显示、3屏高清输出以及HDMI 3D立体支持。由于目前OMAP4470尚未进入完全量产阶段，因此目前市面上尚未见到搭载这款处理器的产品，或许我们在最新一代的谷歌手机身上能看到它的身影。

即将面世的全新架构和制程的OMAP 5平台

随着基于28nm制程技术的逐步成熟，以及拥有更高性能和更低功耗设计的ARM Cortex-A15多核架构处理器的发布， 移动处理器芯片领域将再一次迎来全面升级，TI最新的OMAP5系列处理器也就由此诞生。

集合全新架构和最先进制程的OMAP 5平台

ARM Cortex-A15多核架构内核发布

OMAP5系列处理器均采用目前业界最先进的低功耗28nm工艺制程技术，包含有各种内核，其中包括ARM Cortex-A15多核架构处理器、多个图形内核以及各种专用处理器。为了满足不同的需求，OMAP5系列主要包括OMAP5430以及OMAP5432两款产品，它们在大体架构上并无区别，只是封装尺寸、内存通道控制以及外部I/O等方面稍有不同。其中，OMAP5430主要针对智能手机、平板电脑等设备，而OMAP5432则针对尺寸偏大的诸如笔记本电脑等设备。

OMAP 5平台各处理器产品性能对比

OMAP5430拥有两个最高主频可达2GHz的ARM Cortex-A15内核处理器，以及两个可实现低功耗负载和实时相应的ARM Cortex-M4处理器，支持双通道LPDDR2内存(OMAP5432支持双通道DDR3/DDR3L内存)。由于28nm工艺的Cortex-A15相比于40nm工艺的Cortex-A9，不仅单线程运算效能提升1.5倍，而且浮点运算性能也提升1.6倍，这使得该芯片在整体性能上相比上一代提升了近3倍。

OMAP 5平台产品的综合性能很强大

在视频方面，OMAP5430内置有IVA3 HD多媒体加速器，保证其能够轻松应付1080P60帧全高清视频的编解码以及1080P30帧3D立体电影的编解码。而其内置的多核成像和视觉处理单元，则能够让OMAP5430最大支持2400像素的静态图片拍摄以及1080P全高清视频拍摄功能。

在图形处理方面，OMAP5430集成了PowerVR SGX544-MP2多核心GPU。关于这颗GPU，虽然TI官方目前并未给出其详细的性能介绍，不过从TI在近期Computex大会上拿OMAP5430与采用45nm工艺制程的苹果A5x对比就可以一斑。虽然OMAP5430的SGX544MP2显示核心规模仅为苹果A5X上SGX543MP4的一半，但通过GLBenchmark 2.5测试后却发现，OMAP5430的图形性能更为出色，平均领先A5X达到12%左右，由此可见28nm工艺制程的OMAP5430在图形处理上的性能非常值得期待。

OMAP 5平台产品的综合性能很强大

而在功耗控制方面，OMAP5平台上全新多核心管理架构可以让多核心分配处理更加智能有效，而TI的SmartReflex 3能源管理技术则更进一步保证OMAP5芯片能够在低功耗下实现高性能。

此外，OMAP5平台组件还可提供包括WiLink无线链接、电池管理以及音频管理等功能，更多详细信息则有待TI官方进一步的消息。

虽然OMAP5系列芯片尚未正式量产，但透过目前已有的资料所展现出来的性能还是非常值得我们期待的。同时凭借出色的性能与优秀的功耗控制，在与nVIDIA Tegra 3以及高通最新骁龙S4等对手的竞争中都有不错的优势，希望搭载这一处理器的终端产品能够尽快上市。

文章小结

尽管目前高通以及nVIDIA等后来居上的竞争对手在宣传攻势上相比TI更为迅猛，市场拓展方面也比TI更加投入。但笔者依旧非常看好TI，但凭借多年沉淀的技术优势以及良好的用户口碑，TI在如今的移动处理器领域仍有很大的提升空间。

欣喜的是，目前TI不仅加强与摩托罗拉等老牌厂商的深度合作，也开始积极开拓一些国内终端厂商。我们希望TI在接下来尽快推动现有新产品量产的同时，也努力研发新的技术和产品，最终为用户带来更好的体验。