概述: 眾所周知，發熱和振動問題一直是造成工業現場安裝的工業控制計算機運行不可靠的兩個主要因素。為了將工業計算機大量發熱帶走，需要進行復雜的熱設計，不但增加了體積和設計費用，而且帶來了新的不可靠因素。解決由于發熱引起的不可靠問題的根本措施，就是選用低發熱器件，其中采用低功耗的微處理器，無疑是最關鍵的。目前，Intel公司推出的最新P4處理器的功耗大約為82瓦(見圖1)。據Intel公司的CTO Pat Gelsinger先生預測，到2010年Intel公司制造的微處理器內部將包含10億顆晶體管，主頻將達到30GHz，其功率密度將與核電站的相當。
鑒于此，在新世紀之初，包括Intel在內的一些國際著名芯片制造公司，都組織專門的隊伍、斥巨資研制性能、功耗和發熱平衡的低功耗微處理器技術，并且獲得了突破性進展。(如圖1)

全美達進軍低功耗微處理器
2000年年初，美國加州一個名不見經傳的公司全美達(Transmeta)，推出了一種以“Crusoe”命名的微處理器。Crusoe以其獨特的低功耗設計技術和非凡的超低功耗表現，在業界引起巨大轟動，由此引發了低功耗移動處理器設計的激烈競爭。
Crusoe是全美達公司面向移動PC、手持設備和Internet接入設備等應用而設計的新型微處理器。Crusoe與傳統的x86架構不同，其低功耗設計體現在高效的超長指令(VLIW)引擎、代碼融合(Code Morphing)技術、LongRun和RunCooler等創新技術上。
128位或256位的VLIW引擎，用軟件控制超長指令的調度，一個時鐘周期可以并行執行4個操作，運行簡單、高效，具有極高的性能功耗比。通過覆蓋在VLIW引擎上的代碼融合軟件層，Crusoe實現了與x86指令的良好兼容性。x86指令，通過代碼融合軟件，動態地編譯成VLIW可以執行的簡單指令，并對指令實時進行優化和調度，便于并行處理，實現了x86處理器需要通過數百萬顆晶體管才能實現的功能，功耗卻降低了60%-70%。這一方面為CPU的設計拓展了新的思路；另一方面，在硬件不變的條件下，通過軟件的優化，就可以提高Crusoe處理器的性能。微處理器內部的晶體管數量是決定其功耗的最主要因素。目前的常用處理器的晶體管已達到4200萬顆，而Crusoe內部只有100萬顆左右。
LongRun是一種獨特的電源管理技術。采用Long-Run，Crusoe CPU可以在運行過程中，自動檢測其工作量，并動態、平穩地、分多級、在線調整CPU的工作頻率和工作電壓，使程序運行所消耗的能量達到最優化，而不需要停止CPU的工作，或重新啟動。應用表明，采用LongRun技術，CPU可以降低30%的功耗而僅犧牲10%的性能。
“RunCooler”技術使Crusoe實現工作溫度的自動調節。當CPU的實際工作溫度超過設定的允許工作溫度上限時，Crusoe會自動降低其工作頻率和電壓，直到溫度降低到允許范圍為止，而傳統意義上的CPU只能借助于外部的力量(如風扇)降低工作溫度。
除CPU以外，Crusoe內部還嵌入了支持PCI總線控制和存儲器控制的北橋(NorthBridge)芯片功能，為設計帶來極大方便。
迄今為止，全美達公司主要推出了四個系列Crusoe處理器，TM5400、TM5600、TM5500和TM5800系列。
據全美達CEO Matthew Perry先生介紹，Crusoe系列中的TM5800產品還在發展，預計2003年年初，全美達將推出1GHz TM5800，峰值功耗小于6瓦；五月推出1.1-1.2GHz TM5800 產品，性能進一步提升，峰值功耗仍然小于7瓦。2003年第二季度，將推出一款System-On-Chip的高集成度1.2+ GHz的TM5800，除了顯示控制器以外，幾乎集成了單板計算機的所有功能。
2003年，全美達公司計劃推出命名為“Astro”下一代產品TM8000 系列，以保持其在低功耗處理器設計上的領先地位。Astro處理器的性能高，但功耗、尺寸、價格很低，Astro將是“功耗、尺寸、價格和性能的完美結合體”。
在2002年11月份美國Las Vegas 的Comdex Fall 2002展覽會上，全美達展示了基于Astro的樣機，其性能明顯高于其它公司同類處理器。

Intel推出SpeedStep技術和Mobile Banias
美國芯片巨人Intel也加大了移動PC處理器的研制力度，推出了Mobile Processor-M系列處理器。
目前Intel Mobile Processor-M系列處理器采用的降低功耗技術主要是增強型SpeedStep技術。SpeedStep技術在CPU運行過程中，動態檢測其供電方式，如果是交流電供電，它就全速運行，以達到最大性能；如果是電池供電，就平穩地將工作頻率和內核電壓降到事先設定的低頻狀態，以降低功耗，延長運行時間。據Intel稱，通過SpeedStep技術，CPU可以將功耗降低40%左右，當然性能也降低了40%。
Intel Mobile Processor-M系列處理器按內核工作電壓不同，分為三種：Processor-M、Low Voltage Processor-M(LV) 和UltraLow Voltage Processor-M(ULV)。目前，只有Mobile Pentium III Processor-M處理器有LV和ULV型號，P4 Processor-M處理器還沒推出低電壓型號的產品。
目前Intel的SpeedStep技術的核心是雙速(Dual Speed)能量管理技術，有以下兩點不足：一是CPU只有兩種工作狀態，要么全