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CPU核心选择“必须用ARM7TDMI。”陆云帆圈出这个选择“因为所有手机软件——操作系统、驱动程序、应用程序——都针对ARM指令集编译。如果我们换其他架构软件生态从零开始死路一条。”陈伟问“授权费呢”“一次性授权费30万美元每颗芯片版税0.5美元。”陆云帆计算“如果我们出货100万片平均到每颗芯片的成本是0.8美元。但注意我们拿的是软核——ARM提供RTL代码我们可以修改而不像联发科用的硬核物理版图不可修改。”知识点植入IP核授权模式硬核物理版图性能稳定面积确定但无法修改。适合快速上市。软核RTL代码可修改、可优化但需要自己完成后端物理设计。适合需要定制化的场景。固核介于两者之间带部分物理信息。2. 总线架构芯片内部的“交通系统”陆云帆画出三条总线AHB高速总线 ── 连接CPU、DMA、内存控制器跑133MHz │ ├─APB桥 │ │ │ └─APB低速总线 ── 连接UART、GPIO、键盘控制器跑33MHz │ └─专用音频总线 ── 直连音频编解码器和扬声器驱动“为什么要分三条总线功耗。”陆云帆解释“如果键盘控制器这种慢速设备也挂在高速总线上整个总线都要为它保持高频率就像为了送一封信让整条高速公路保持赛车速度浪费电力。”“专用音频总线呢”“为了保证音乐播放不卡顿。”陆云帆画了一个时序图“假设CPU正在处理电话信号突然要播放音乐。如果音频数据和其他数据共用总线可能被阻塞。专用总线确保音频流永远优先。”知识点植入片上总线设计AHB高性能支持多主设备、流水线操作用于CPU、内存等高速模块APB低功耗单主设备用于低速外设。可通过时钟门控在空闲时完全关闭分离式总线优点模块化设计、功耗优化、简化时序收敛3. 多媒体加速硬核还是软核清单上列着需求MP3播放、30万像素拍照、视频播放小尺寸。“全用软件实现行不行”陈伟问。陆云帆计算“ARM7跑104MHz软件解码MP3需要约20MHz软件JPEG编码需要30MHz。如果边听歌边拍照CPU占用率超过50%这时候来电话——系统可能卡顿用户会骂‘山寨机就是卡’。”“解决方案”陈伟追问。“关键路径硬件加速。”陆云帆圈出MP3解码和JPEG编码“这两个模块用硬核实现。每个面积约0.5mm²功耗15mW但能确保音乐不卡、拍照秒存。视频播放呢用软件因为用户对视频卡顿容忍度高而且硬核解码器面积太大约2mm²。”知识点植入软硬件协同设计原则将影响用户体验的关键路径如音频播放、拍照响应用硬件加速将非关键路径如视频解码用软件实现决策矩阵频率该功能使用多频繁、延迟要求卡顿是否可感知、硬件成本面积增加多少山寨机市场的特殊逻辑“不卡顿”比“高性能”更重要。用户能容忍低画质不能容忍电话接不起来【第三幕成本计算的魔鬼细节】三天后陆云帆带着方案再见吴老板。“芯片面积估算15mm²。用中芯国际0.18微米工艺流片每片8英寸晶圆能切出约1000颗芯片良率按80%……”吴老板摆手“直接说一颗多少钱”“如果出货100万颗晶圆成本封测ARM版税综合成本2.1美元。”陆云帆说“比联发科便宜40%。”“怎么做到的”陆云帆翻开笔记本上面是密密麻麻的取舍清单1. 内存接口16位 vs 32位32位SDRAM带宽高但需要多24个引脚封装成本增加15%16位带宽减半但对于320×240分辨率屏幕、30万像素拍照足够用选择16位。用户感知不到带宽差异但成本实实在在下降2. 封装类型LQFP vs BGABGA球栅阵列引脚在芯片底部面积小散热好但PCB需要打盲孔主板成本高LQFP塑料扁平封装引脚在四周PCB只需通孔主板成本低30%但散热差选择LQFP。因为我们的芯片功耗经过优化发热不大3. 工艺节点0.18微米 vs 0.13微米0.13微米更先进功耗更低但流片费用高50%设计周期长三个月0.18微米成熟流片成功率高且我们团队有该工艺的设计经验选择0.18微米。时间就是市场窗口4. 时钟系统单个PLL vs 多个多个PLL可以为不同模块提供独立时钟优化功耗但面积增加0.3mm²单个PLL所有模块共享时钟简化设计选择单个PLL。用软件动态调频代替硬件多时钟域吴老板盯着清单突然问“这些‘阉割’用户能感觉到吗”“在某些极限场景会。”陆云帆诚实回答“比如快速滑动通讯录可能轻微卡顿大尺寸照片保存慢半秒。但根据你的市场数据——”他翻开调研报告“目标用户70%时间在打电话和听歌25%时间看小说5%时间拍照。我们优化了那95%的体验牺牲了5%。”吴老板拍桌子“够了这就是‘够用就好’”【第四幕流片前夜的突发需求】四个月后设计完成准备送交中芯国际流片。吴老板深夜敲门。“加个功能。”他眼神发亮“现在流行在手机里看小说那种……长篇的。但文件大了打开慢翻页卡。”陆云帆皱眉“文本渲染是软件问题改应用代码就行。”“不行。”吴老板掏出两部竞品手机“你体验一下。”陆云帆测试打开一个500KB的txt文件一部《天龙八部》的精简版。竞品手机卡顿3秒才显示文字翻页时又卡1秒。“用户会骂。”吴老板说“你能不能做个硬件文本解压加速”团队炸了。“架构冻结了”“加模块至少一个月”“而且文本压缩根本不该用硬件”陆云帆沉默地测试了十分钟问“用户最受不了的是什么”“打开时的3秒卡顿。”吴老板说“翻页卡一下还能忍一开始就卡很多人以为死机了。”陆云帆走到白板前画出现有的存储器架构CPU ←→ 32KB SRAM片上高速缓存 ←→ 16MB SDRAM外部慢速内存“问题在这里。”他画箭头“文本解压是顺序访问——CPU读一块数据解压再读下一块。每次读SDRAM要等几十个时钟周期。”他提出一个疯狂方案“不加解压硬件但改存储器子系统。”“第一把片上SRAM从32KB扩大到64KB。”“第二在DMA控制器里增加一个预取引擎当检测到CPU连续访问内存时自动把下一块数据提前读到SRAM里。”小张计算“面积增加0.35mm²成本增加约0.12美元。但文本解压速度能提升多少”“顺序访问预取命中率可达90%以上。”陆云帆估算“虽然还是软件解压但数据已在高速SRAM中打开时间能从3秒降到1秒以内。1秒用户感知不到‘卡’。”吴老板心算“成本加一毛二手机卖价能加二十。干了”【第五幕“致远T1”点亮】2006年3月上海中芯国际测试中心。封装好的芯片被焊到测试板上。陆云帆深吸一口气按下电源键。电源指示灯亮——绿色。晶体振荡器波形在示波器上跳动——稳定。CPU从Flash加载启动代码……屏幕上跳出“致远电子 T1 V1.0”然后进入熟悉的九宫格菜单界面。“功耗测试。”陆云帆声音平静手心却出汗。仪表显示待机电流0.75mA联发科方案1.2mA通话电流118mA持平MP3播放电流78mA联发科105mA最大电流拍照播放音乐210mA未触发过温保护“功能测试。”电话接通清晰音乐凤凰传奇震耳欲聋拍照320×240保存时间1.2秒文本打开850KB文件0.8秒显示吴老板当场打电话“第一批下单20万颗。预付款明天到账。”【终场黑夜与星光】当夜陆云帆一个人回到办公室。150万人民币预付款的银行短信还在手机里。他打开抽屉最底层取出一本黑色笔记本。扉页上写着“泰山计划——自主指令集研发日志。”他翻到新的一页写下日期2006年3月28日。“今天致远T1芯片点亮。它基于ARM7TDMI它将为我们赚取第一桶金它将养活团队、打通供应链、积累经验。”“但这不是目的。”他在下面重重画线“目的永远是有一天我们能关掉ARM的授权代码换上完全由我们自己设计、从指令集到编译器、从微架构到操作系统的‘中国芯’。”“T1教会我一件事在中国市场‘够用就好’不是妥协是智慧。我们不需要做出超越英特尔的性能只需要做出最适合民工兄弟在工棚里听歌、看小说、打电话的芯片。”“而自主指令集的第一代目标就是在ARM7 70%的性能下实现50%的功耗、30%的面积以及——100%的控制权。”他合上笔记本。窗外深圳的夜空罕见地清晰能看见几颗星星。而在楼下华强北的霓虹依然闪烁无数柜台正将贴着“致远T1方案”的手机打包发往全国。两个世界在此刻交汇一个仰望星空一个紧贴大地。而陆云帆站在中间手中握着从大地生长出的第一块砖。他知道这块砖将垒成通向星空的阶梯。【本集核心技术知识点总结】1. SoC设计哲学“够用就好”的量化定义性能需求分析不做峰值性能跑分分析典型用户场景70%通话听歌25%看小说5%拍照用户体验阈值卡顿超过3秒不可接受1秒以内可接受。优化目标是将所有操作卡顿控制在1秒内成本锚定以联发科方案成本为基准目标降低40%2. 芯片成本构成透明化单颗芯片成本 晶圆成本面积×工艺单价 封装测试费 IP授权费ARM版税 良率损失分摊 研发成本分摊关键决策点封装类型、引脚数、工艺节点、IP核选择面积与成本的直接换算在0.18微米工艺下每1mm²芯片面积≈0.1美元成本3. 低功耗设计技术栈系统级动态电压频率调节DVFS ↓ 架构级时钟门控 电源门控 总线分离 ↓ 电路级多阈值电压晶体管 低电压操作时钟门控示例键盘控制器99%时间空闲其时钟可完全关闭节省动态功耗电压调节示例待机时CPU电压从1.8V降至1.2V功耗降低60%4. 软硬件协同设计决策矩阵功能模块实现方式理由MP3解码硬件高频使用延迟敏感硬件面积小(0.5mm²)JPEG编码硬件拍照响应要求高用户不能忍受“按快门后等待”视频解码软件用户对视频卡顿容忍度高硬件面积大(2mm²)文本渲染软件存储优化非实时需求通过增大缓存改善体验5. 存储器层次化设计片上SRAM64KB存放热点代码和数据如正在阅读的小说段落外接SDRAM16MB存放操作系统和应用程序预取策略顺序访问模式预测提前加载数据到SRAM效果将文本打开延迟从3秒降至0.8秒成本增加0.12美元版权声明指令之心和主题曲和片尾曲以及相关封面图片等 ©[李林][2025]。本作品采用 知识共享 署名-非商业性使用 4.0 国际许可协议 进行授权。这意味着您可以在注明原作者并附上原文链接的前提下免费分享、复制本文档与设计。在个人学习、研究或非营利项目中基于此进行再创作。这意味着您不可以将本作品或衍生作品用于任何商业目的包括企业培训、商业产品开发、宣传性质等。如需商业用途或宣传性质授权请务必事先联系作者。作者联系方式[1357759132qq.com]