Konkurrenz für ARM Andes liefert Ultra-Low-Power-CPU-Cores

Fragt man Entwickler, welcher lizensierbare IP-Core die größte Energieeffizienz aufweist, antworten 99,9 % es sei der Cortex-M0+ von ARM. Sie liegen jedoch falsch. Die CPU-Cores eines nahezu unbekannten taiwanischen Herstellers sind energieeffizienter als jeder ARM-Core.

Wenn es jemanden gibt, der es erfolgreich geschafft hat, seine Top-Produkte vor einer größeren Öffentlichkeit zu verstecken, dann ist es Andes Technology, deren CPU-Cores sich primär in Bluetooth- und anderen Chips, die in hochvolumigen Handys verbaut werden, wiederfinden. Die CPU-Cores des Unternehmens stecken bis heute in fast 200 Mio. Geräten. Andes hat eine Reihe von Low-Power-CPU-Cores im Angebot, die für diverse SoC-Anwendungen entwickelt wurden. Aber nur wenige Menschen außerhalb ihrer Heimat Taiwan haben jemals von der Firma gehört.

Mit dem Ziel, diese Situation zu ändern, erschien Andes’ Präsident Frankwell Lin kürzlich in den USA, um ein neues Produkt vorzustellen: den CPU-Core N705. Andes lizenziert alle seine CPU-Designs als IP-Cores und hat Lizenzverträge mit mehr als 50 verschiedenen Unternehmen.

Anstelle der Verwendung eines Standard-Befehlssatzes wie ARM oder MIPS hat Andes einen eigenen RISC-Befehlssatz mit der Bezeichnung “AndeStar” entwickelt. Da das Unternehmen derzeit auf Low-End-Anwendungen wie Wireless-, Speicher-und I/O-Controller zielt, sind ihre Cores einfache skalare Designs (Tabelle 1). Diese Cores stehen im Wettbewerb zu ARMs Low-End-CPUs vom Cortex-M0+ bis zum Cortex-A5, aber sie nehmen weniger Energie auf und benötigen weniger Chipfläche. Andes entwickelte auch einen Sicherheits-Core mit der Bezeichnung SN8, der in Smartcards verwendet werden kann.

 Core/EigenschaftN7 N8N9N10N12N13
Version AndeStarv3mv3mv2/v3
v2/v3
 v2v3
Pipeline-Stufen2
355 88
Anzahl Allzweckregister161616/32323232
DMIPS/MHz*1,19-1,451,16-1,301,34-1,611,651,641,69
SprungvorhersageKeineKeineStatischDynamischDynamischDynamisch
Befehls-CachesKeineKeineKeine122
Daten-CachesKeineKeineKeine244
L2-CacheNeinNeinNeinNeinJaJa
MMU/MPUNeinNeinNeinJaJaJa
Adressraum16 MB16 MB16 MB/4GB4 GB4 GB4 GB
BusseAHB-Lite/APBAHB-LiteAHB-Lite/AHBAHBAHB/AXI64-bit AHB/AXI
IC-Prozess90 nm LP90 nm LP130 nm G130 nm G40 nm LP40 nm LP
Max. Taktfrequenz115 MHz218 MHz227 MHz227 MHz805 MHz812 MHz
Leistungsaufnahme (µW/MHz)*11-2116-2483-1311906871
Siliziumfläche in mm2*0,04-0,080,04-0,090,32-0,581,210,2240,296
Tabelle 1: Zusammenstellung aller Andes-Cores. Die Werte für die Leistungsaufnahmen stellen jeweils die dynamische leistungsaufnahme dar. Die Silizium-Flächenangaben beinhalten keine Caches. *: Angaben für minimale und volle Konfiguration.

Mobilgeräte und mehr

Gegründet wurde Andes im März 2005 in Hsinchu, Taiwan, mit der Vision, Low-Cost-CPU-Cores als Alternative zu den ARM7- und ARM9-Cores, die damals sehr verbreitet waren, zu entwickeln. Obwohl die IP-Cores theoretisch für jeden Prozess synthetisiert werden können, profitiert Andes von der räumlichen Nähe zu der weltweit führenden Foundry TSMC (die Firmenzentrale liegt fußläufig quasi um die Ecke) und stellt primär sicher, dass seine Designs gut mit der TSMC-Prozesstechnik harmonisieren. Auch die ersten Kunden kommen aus Taiwan. Die erfolgreichsten Produkte mit Andes-Cores sind bislang WiFi-, Bluetooth- und Kombi-Chips von MediaTek, einem führenden Anbieter für Mobilgeräte-Chips. Nicht zufällig ist M.K. Tsai, Gründer und Chairman von MediaTek, auch Chairman von Andes.

Andes wurde ursprünglich von dem sogenannten National-Development-Fond Taiwans und zusätzlichen Investitionen von MediaTek finanziert. Seitdem ist das Unternehmen auf mehr als 110 Mitarbeiter gewachsen (zum Vergleich: MIPS hatte vor dem Verkauf 161 Mitarbeiter), etwa 80 % von ihnen sind Ingenieure. CTO Hong-Men Su war ehemals Architekt bei Sun, C-Cube und SGI und führt die Design-Teams, die ausschließlich in Taiwan arbeiten. Das in Privatbesitz befindliche Unternehmen macht seine Umsätze nicht öffentlich. Wir schätzen, dass es 2012 rund 15 Mio. Dollar waren.

Seit dem Start in den MediaTek-Chips hat Andes seinen Kundenstamm erheblich erweitert. Es hat jetzt Design-Wins bei vielen Anwendungen, unter anderem als Haupt-CPU in E-Readern und Thin-Client-Geräten sowie als Flash-Speicher-Controller in USB-Sticks und SSDs. Andes-CPUs werden auch in industriellen Anwendungen wie Motorsteuerungen und Kfz-Anwendungen wie aktiven Sicherheitssystemen konzipiert. In mobilen Systemen können die CPUs in den Bereichen Wireless-Konnektivität, Power-Management-und Touchscreen-Controller dienen. In allen genannten Bereichen gibt es bereits Produkt-Designs mit Andes-Cores – die meisten befinden sind allerdings noch nicht in Massenproduktion.

Das Unternehmen unterstützt seine Cores mit einem vollständigen Satz von Entwicklungswerkzeugen für seinen proprietären Befehlssatz, einschließlich eines C/C ++-Compilers und einer integrierten Entwicklungsumgebung. Andes setzt diese IDE auf der Gnu-Tool-Chain und der Eclipse-Benutzeroberfläche auf und ergänzt sie um viele neue Leistungsmerkmale. Das Unternehmen hat für seine Cores Embedded Linux und Android sowie Echtzeit-Betriebssysteme wie FreeRTOS, MicroC / OS, ThreadX und Nucleus portiert. Es bietet auch Code-Bibliotheken für Interrupt-Verarbeitung, Speicherverwaltung, Audio-Codecs und einen ZigBee-Stack an. Programmierer können ihren Code auf AndeShape-Entwicklungs-Boards testen, zu denen auch ein kompletter Test-Chip, FPGA und ICE-Schnittstelle gehören.