Échelle XS

XScale est une microarchitecture pour les unités centrales de traitement initialement conçue par Intel et implémentant le jeu d'instructions de l'architecture ARM (version 5) . XScale comprend plusieurs familles distinctes : IXP, IXC, IOP, PXA et CE (voir plus bas), avec quelques modèles ultérieurs conçus comme des systèmes sur puce (SoC). Intel a vendu la famille PXA à Marvell Technology Group en juin 2006. Marvell a ensuite étendu la marque pour inclure des processeurs avec d'autres microarchitectures , comme le Cortex d' Arm .

L'architecture XScale est basée sur l' ISA ARMv5TE sans les instructions à virgule flottante . XScale utilise une microarchitecture superpipeline à sept étages pour les entiers et à huit étages pour la mémoire . Elle succède à la gamme de microprocesseurs et de microcontrôleurs Intel StrongARM , qu'Intel a acquis auprès de la division Digital Semiconductor de DEC dans le cadre d'un règlement à l'amiable d'un procès entre les deux sociétés. Intel a utilisé le StrongARM pour remplacer sa gamme de processeurs RISC obsolètes, les i860 et i960 .

Toutes les générations de XScale sont des processeurs ARMv5TE 32 bits fabriqués avec un processus de 0,18 μm ou 0,13 μm (comme dans les pièces IXP43x) et disposent d'un cache de données de 32 Ko et d'un cache d'instructions de 32 Ko. Les processeurs multicœurs XScale de première et deuxième génération disposent également d'un mini cache de données de 2 Ko (qui, selon les dires, « évite le « thrashing » du D-Cache pour les flux de données changeants fréquemment » ). Les produits basés sur la troisième génération de XScale disposent d'un cache L2 unifié allant jusqu'à 512 Ko.

Le cœur XScale est utilisé dans un certain nombre de familles de microcontrôleurs fabriqués par Intel et Marvell :

• Processeurs d'application (avec le préfixe PXA). Il existe quatre générations de processeurs d'application XScale, décrites ci-dessous : PXA210/PXA25x, PXA26x, PXA27x et PXA3xx.
• Processeurs d'E/S (avec le préfixe IOP).
• Processeurs réseau (avec le préfixe IXP).
• Processeurs de plan de contrôle (avec le préfixe IXC).
• Processeurs électroniques grand public (avec le préfixe CE).

Il existe également des processeurs autonomes : les 80200 et 80219 (destinés principalement aux applications PCI ).

Les produits PXA System on a Chip (SoC) ont été conçus à Austin, au Texas. Les noms de code de cette gamme de produits sont des petites villes du Texas, principalement situées à proximité des concessions de chasse au cerf fréquentées par l'équipe marketing du cœur Intel XScale et des SoC pour téléphones portables. Les produits PXA System on a Chip étaient populaires sur les smartphones et les PDA (avec Windows Mobile , Symbian OS , Palm OS ) de 2000 à 2006.

Le PXA210 était le processeur XScale d'entrée de gamme d'Intel destiné aux applications de téléphonie mobile . Il a été commercialisé avec le PXA250 en février 2002 et est cadencé à 133 MHz et 200 MHz.

La famille PXA25x (nom de code Cotulla ) se compose des processeurs PXA250 et PXA255. Le PXA250 était la première génération de processeurs XScale d'Intel. Il y avait le choix entre trois vitesses d'horloge : 200 MHz , 300 MHz et 400 MHz. Il est sorti en février 2002. En mars 2003, la révision C0 du PXA250 a été renommée PXA255. Les principales différences étaient une vitesse de bus interne doublée (de 100 MHz à 200 MHz) pour un transfert de données plus rapide, une tension de cœur plus faible (seulement 1,3 V à 400 MHz) pour une consommation d'énergie plus faible et une fonctionnalité d'écriture différée pour le cache de données, dont l'absence avait gravement altéré les performances du PXA250.

Caractéristiques principales du processeur Intel XScale :

• ARMv5TE
• Bras Pouce
• DSP ARM
• Cache de données et d'instructions L1 de 32 Ko

La famille PXA26x (nom de code Dalhart ) se compose des processeurs PXA260 et PXA261-PXA263. Le PXA260 est un processeur autonome cadencé à la même fréquence que le PXA25x, mais dispose d'un boîtier TPBGA qui est environ 53 % plus petit que le boîtier PBGA du PXA25x. Les PXA261-PXA263 sont identiques au PXA260 mais disposent d'une mémoire Intel StrataFlash empilée sur le processeur dans le même boîtier ; 16 Mo de mémoire 16 bits dans le PXA261, 32 Mo de mémoire 16 bits dans le PXA262 et 32 ​​Mo de mémoire 32 bits dans le PXA263. La famille PXA26x est sortie en mars 2003.

La famille PXA27x (nom de code Bulverde ) se compose des processeurs PXA270 et PXA271-PXA272. Cette révision est une mise à jour importante de la famille de processeurs XScale. Le PXA270 est cadencé à quatre vitesses différentes : 312 MHz, 416 MHz, 520 MHz et 624 MHz et est un processeur autonome sans mémoire intégrée. Le PXA271 peut être cadencé à 13, 104, 208 MHz ou 416 MHz et dispose de 32 Mo de mémoire StrataFlash empilée 16 bits et de 32 Mo de SDRAM 16 bits dans le même boîtier. Le PXA272 peut être cadencé à 312 MHz, 416 MHz ou 520 MHz et dispose de 64 Mo de mémoire StrataFlash empilée 32 bits.

Intel a également ajouté de nombreuses nouvelles technologies à la famille PXA27x telles que :

• SpeedStep : le système d'exploitation peut ralentir la cadence du processeur en fonction de la charge pour économiser de l'énergie.
• Wireless MMX (nom de code Concan ; « iwMMXt ») : 43 nouvelles instructions SIMD contenant le jeu d'instructions MMX complet et les instructions entières du jeu d'instructions SSE d'Intel ainsi que certaines instructions propres au XScale. Wireless MMX fournit 16 registres 64 bits supplémentaires qui peuvent être traités comme un tableau de deux mots 32 bits, quatre demi-mots 16 bits ou huit octets 8 bits . Le cœur XScale peut alors effectuer jusqu'à huit ajouts ou quatre MAC en parallèle dans un seul cycle. Cette capacité est utilisée pour accélérer le décodage et l'encodage des fichiers multimédias et pour jouer à des jeux.
• Périphériques supplémentaires , tels qu'une interface USB-Host et une interface caméra.
• SRAM interne de 256 Ko pour réduire la consommation d'énergie et la latence.

La famille PXA27x est sortie en avril 2004. Parallèlement à la famille PXA27x, Intel a sorti le coprocesseur graphique intégré 2700G (nom de code Marathon).

En août 2005, Intel a annoncé le successeur de Bulverde , nom de code Monahans .

Ils ont démontré sa capacité à lire des vidéos codées en haute définition sur un écran de PDA .

Le nouveau processeur a été présenté cadencé à 1,25 GHz mais Intel a déclaré qu'il n'offrait qu'une augmentation de 25 % des performances (800 MIPS pour le processeur PXA270 à 624 MHz contre 1 000 MIPS pour le Monahans à 1,25 GHz ). Un successeur annoncé du processeur graphique 2700G, nom de code Stanwood, a depuis été annulé. Les fonctionnalités sd de Stanwood sont intégrées dans le Monahans . Pour des capacités graphiques supplémentaires, Intel recommande des puces tierces comme la famille de puces Nvidia GoForce .

En novembre 2006, Marvell Semiconductor a officiellement présenté la famille Monahans sous les noms de Marvell PXA320, PXA300 et PXA310. Le PXA320 est actuellement commercialisé en grande quantité et est évolutif jusqu'à 806 MHz. Les PXA300 et PXA310 offrent des performances « évolutives jusqu'à 624 MHz » et sont compatibles logiciellement avec le PXA320.

Nom de code Manitoba, Intel PXA800F était un SoC introduit par Intel en 2003 pour une utilisation dans les téléphones mobiles compatibles GSM et GPRS . La puce était construite autour d'un cœur de processeur XScale, du même type que celui utilisé dans les PDA, cadencé à 312 MHz et fabriqué avec un processus de 0,13 μm, avec 4 Mo de mémoire flash intégrée et un processeur de signal numérique .

Un prototype de carte avec la puce a été présenté lors du Forum des développeurs Intel. Intel a indiqué qu'il était en pourparlers avec les principaux fabricants de téléphones mobiles, tels que Nokia , Motorola , Samsung , Siemens et Sony Ericsson , pour intégrer Manitoba dans leurs téléphones.

L'O2 XM, sorti en 2005, était le seul téléphone mobile dont l'utilisation de la puce Manitoba était documentée. Un dirigeant d'Intel a déclaré que la version de la puce utilisée dans le téléphone avait été retravaillée pour être moins chère que la version initiale.

Le PXA90x, dont le nom de code est Hermon , était le successeur du Manitoba avec prise en charge 3G . Le PXA90x est construit à l'aide d'un processus de 130 nm. Le SoC a continué à être commercialisé par Marvell alors qu'ils acquéraient l'activité XScale d'Intel.

Le PXA16x est un processeur conçu par Marvell, combinant les composants SoC PXA conçus par Intel avec un nouveau cœur de processeur ARMv5TE nommé Mohawk ou PJ1 de la famille Sheeva de Marvell au lieu d'utiliser la conception WDC Xscale ou ARM. Le cœur du processeur est dérivé du cœur Feroceon utilisé dans la gamme de produits embarqués Kirkwood de Marvell , mais étendu pour la compatibilité au niveau des instructions avec le XScale IWMMX.

Le PXA16x offre de solides performances à un prix de marché de masse pour les marchés grand public et intégrés sensibles aux coûts tels que les cadres photo numériques, les lecteurs électroniques, les écrans d'interface utilisateur (UI) d'imprimantes multifonctions, les téléphones VoIP interactifs, les caméras de surveillance IP et les gadgets de contrôle domestique.

Les processeurs des séries PXA930 et PXA935 ont été à nouveau construits en utilisant la microarchitecture Sheeva développée par Marvell mais mise à niveau vers la compatibilité avec le jeu d'instructions ARMv7. Ce cœur est une architecture dite Tri-core dont le nom de code est Tavor ; Tri-core signifie qu'il prend en charge les jeux d'instructions ARMv5TE, ARMv6 et ARMv7. Cette nouvelle architecture a été un bond en avant significatif par rapport à l'ancienne architecture Xscale. Le PXA930 utilise la technologie 65 nm tandis que le PXA935 est construit en utilisant le processus 45 nm.

Le PXA930 est utilisé dans le BlackBerry Bold 9700 .

On sait peu de choses sur le PXA940, bien qu'il soit connu pour être compatible ARM Cortex-A8 . Il est utilisé dans le BlackBerry Torch 9800 et est construit à l'aide de la technologie 45 nm.

Après XScale et Sheeva, le PXA98x utilise la conception du troisième cœur de processeur, cette fois sous licence directe d'ARM, sous la forme de processeurs d'application Cortex A9 à double cœur utilisés par des appareils comme le Samsung Galaxy Tab 3 7.0 .

Il s'agit d'un processeur d'application Cortex A7 à quatre cœurs avec GPU Vivante .

Le processeur IXC1100 est doté de vitesses d'horloge à 266, 400 et 533 MHz, d'un bus à 133 MHz, de 32 Ko de cache d'instructions, de 32 Ko de cache de données et de 2 Ko de mini-cache de données. Il est également conçu pour une faible consommation d'énergie, utilisant 2,4 W à 533 MHz. La puce est livrée dans un boîtier PBGA de 35 mm.

La gamme de processeurs IOP est conçue pour permettre aux ordinateurs et aux périphériques de stockage de transférer des données et d'augmenter les performances en déchargeant les fonctionnalités d'E/S du processeur principal de l'appareil. Les processeurs IOP3XX sont basés sur l'architecture XScale et conçus pour remplacer les anciennes familles de puces 80219 sd et i960. Dix processeurs IOP différents sont actuellement disponibles : IOP303, IOP310, IOP315, IOP321, IOP331, IOP332, IOP333, IOP341, IOP342 et IOP348. Les vitesses d'horloge vont de 100 MHz à 1,2 GHz. Les processeurs diffèrent également en termes de type de bus PCI, de vitesse de bus PCI, de type de mémoire, de mémoire maximale autorisée et de nombre de cœurs de processeur.

Le cœur XScale est utilisé dans la deuxième génération de la gamme de processeurs réseau IXP d'Intel, tandis que la première génération utilisait des cœurs StrongARM. La famille de processeurs réseau IXP s'étend des solutions destinées aux applications réseau des petites et moyennes entreprises, IXP4XX, aux processeurs réseau hautes performances tels que l'IXP2850, capables de supporter des débits de ligne jusqu'à OC-192 . Dans les appareils IXP4XX, le cœur XScale est utilisé à la fois comme processeur de plan de contrôle et de données, fournissant à la fois le contrôle du système et le traitement des données. La tâche du XScale dans les appareils IXP2XXX est généralement de fournir uniquement la fonctionnalité de plan de contrôle, le traitement des données étant effectué par les micro-moteurs . Parmi ces tâches de plan de contrôle, on peut citer les mises à jour de la table de routage, le contrôle des micro-moteurs et la gestion de la mémoire.

En avril 2007, Intel a annoncé un processeur basé sur XScale ciblant les marchés de l'électronique grand public , l'Intel CE 2110 (nom de code Olo River).

Les microprocesseurs XScale ont été utilisés dans le terminal mobile BlackBerry de RIM , la famille de Pocket PC Dell Axim , la plupart des gammes de terminaux portables Zire , Treo et Tungsten de Palm , les versions ultérieures du Sharp Zaurus , le Motorola A780 , l'Acer n50, la série Compaq iPaq 3900 et dans d'autres PDA . Il s'agissait du processeur de l' ordinateur de bureau Iyonix PC exécutant RISC OS et du NSLU2 (Slug) exécutant Linux . XScale est également utilisé dans des appareils tels que les lecteurs vidéo portables (PVP), les PMC (Portable Media Centres), notamment le lecteur multimédia portable Creative Zen et le lecteur de livres électroniques Amazon Kindle , ainsi que dans les systèmes embarqués industriels.

À l’autre extrémité du marché, les processeurs d’E/S de stockage XScale IOP33x sont utilisés dans certaines plates-formes de serveur basées sur Intel Xeon .

Le 27 juin 2006, Intel a annoncé la vente de ses actifs de processeur mobile XScale PXA. Intel a accepté de vendre l'activité XScale PXA à Marvell Technology Group pour un montant estimé à 600 millions de dollars en espèces et la prise en charge de passifs non spécifiés. Cette opération avait pour but de permettre à Intel de concentrer ses ressources sur ses activités principales x86 et serveurs. Marvell détient une licence d'architecture complète pour ARM, lui permettant de concevoir des puces pour mettre en œuvre le jeu d'instructions ARM, et pas seulement de concéder une licence pour un cœur de processeur.

L'acquisition a été finalisée le 9 novembre 2006. Intel devait continuer à fabriquer des processeurs XScale jusqu'à ce que Marvell obtienne d'autres installations de fabrication, et continuerait à fabriquer et à vendre les processeurs IXP et IOP, car ils ne faisaient pas partie de l'accord.

L'effort XScale chez Intel a été initié par l'achat de la division StrongARM de Digital Equipment Corporation en 1998. Intel détient toujours une licence ARM même après la vente de XScale ; cette licence est au niveau architectural.