Transmeta Crusoe

Transmeta CrusoeWeil das Unternehmen Transmeta durch den Verkauf seiner Prozessoren nicht in die Gewinnzone kam, wurde die Entwicklung und Produktion der Crusoe- und Efficeon-Prozessoren eingestellt. Zu klein war der Markt für kleine, stromsparende und langsame Prozessoren. Ein paar Jahre später hat sich dann gezeigt, dass Transmeta nicht lange genug durchgehalten hat. Kleine und sparsame Mini-Notebooks sind eine anerkannte und beliebte Geräte-Kategorie.

Über drei Jahre hatte die Firma Transmeta mit rund 250 Mitarbeitern an dem Prozessor Crusoe gearbeitet. Unter dem ungewöhnlich großen Mitarbeiterstab befanden sich viele bekannte Namen aus der Prozessor- und Betriebssystemszene. Noch verwunderlicher auch die beteiligten Investoren. Darunter z. B. der Microsoft-Mitbegründer Paul Allen und die Deutsche Bank.
Transmeta war einige Jahre in der Hauptsache nur noch eine Patent- und Lizenzfirma. Ziel dieser Firma war es die eigenen Patente zu vermarkten. Transmeta hält einige Patente für Stromsparen und Code-Morphing. Man ging damals davon aus, dass man in der Prozessorentwicklung um diese Patente nicht herumkommen würde.
Transmeta wurde schlussendlich von der Firma Novafora (ehemals Sipharos) gekauft, die Video-Prozessoren entwickelte.

Letzter Stand (2015) ist, dass Intel alle Rechte an den Transmeta-Patenten mit der Code-Morphing-Technik hält.

Die Technologie

Grundstruktur des Crusoe-Prozessors von Transmeta
Der Crusoe-Prozessor basiert zu drei Vierteln aus Software und zu einem Viertel aus Hardware. Der Hardwareteil des Prozessors arbeitet mit 128 Bit nach dem VLIW-Prinzip (Very Long Instruction Word). Mit der Code Morphing Software, die darauf aufsetzt, emuliert der Crusoe einen x86-kompatiblen Prozessor zu 100%. Theoretisch wäre der Prozessor in der Lage, mit angepasster Code Morphing Software (CMS), jeden Prozessor zu emulieren.
Der Crusoe-Prozessor ist in der Lage häufig benötigte Codeteile zur Laufzeit zu optimieren und in einem Cache abzulegen. Dadurch wird die Ausführung von oft benötigten Codeteilen wesentlich beschleunigt.
Der Nachteil von CMS ist der enorme Speicherbedarf. CMS passt in einen 512 kByte großen Speicher. Beim Booten wird es dann in einen 2 MByte großen Hauptspeicher geladen. Für die Zwischenspeicherung der übersetzten Codeteile werden 6 bis 14 MByte benötigt. Dafür wird in der Regel der Hauptspeicher des Systems genutzt. Die Programme, die auf einem solchen System laufen, haben dann aber noch keinen Speicherplatz belegt. Für die Performance ist das ein Flaschenhals, den andere Prozessoren nicht kennen.

Der große Vorteil dieser Kombination aus Hard- und Software ist der geringe Stromverbrauch (ca. 1-2 W), auch bei hohen Taktraten. Daraus resultiert auch eine besonders geringe Eigenwärme (ca. 50°). Nicht benutzte Prozessorteile werden bei Leerlauf automatisch abgeschaltet. Dadurch reduziert sich der Energieverbrauch im Tiefschlaf auf 20 mW.
Die Technik, die dahinter steckt, nennt sich LongRun. Sie beherrscht eine dynamische Takt- und Spannungsumschaltung. Je nach Auslastung des Prozessors wird der Takt bis auf 200 MHz und die Spannung auf 1,1V reduziert.
Als Host-Betriebssystem kommt eine spezielle Linux Version zum Einsatz. Das sogenannte Mobile Linux passt auf eine Flash-Karte mit 32 kByte. Es soll die Power-Management-Möglichkeiten optimal ausnutzen.

CMS - Code-Morphing-Software

Die CMS ist in der Lage Prozessortakt und Kernspannung zu verändern und an die Anforderungen anzupassen.

Prozessortakt in MHzKernspannung in V
bei CMS 4.1bei CMS 4.2
6671,61,5
663-1,4
6001,5-
5331,351,3
500-1,2
4001,2251,0
3001,2-

Ist die CMS auf einem wiederbeschreibbaren Speicherbaustein gespeichert, so lässt sich eine neue Version ähnlichm wie ein BIOS-Update aufspielen. Mit einem Software-Update lassen sich auch neu Funktionen und Leistungsmerkmale hinzufügen und deutliche Optimierungen vornehmen.
Die Version 4.4 der Code-Morphing-Software beschleunigt den Boot-Vorgang eines Systems und den Start von Applikationen durch eine Technik namens Persistent Translation Technology (PTT). PTT merkt sich beim Herunterfahren den Translation-Cache in einer Datei. Hintergrund ist die Veränderung des Boot-Codes bei Microsoft-Systemen, die das Code-Morphen erheblich erschweren.

Prozessor-Übersicht: Transmeta Crusoe

Stand: 06.07.2003

Prozessor TM3120 TM5400 TM5600 TM5500 TM5800
Taktrate 333-400 MHz 500-700 MHz 500-700 MHz 667-800 MHz 667-1000 MHz
L1-Cache 96 kByte 128 kByte 128 kByte 128 kByte 128 kByte
L2-Cache - 256 kByte 512 kByte 256 kByte 512 kByte
Die-Größe 77 mm2 73 mm2 - - -
Leistungsaufnahme: DVD 2,9 W 1,8 W 2,0 W - -
Leistungsaufnahme: MP3 1,4 W 1,0 W 1,0 W - -
Leistungsaufnahme: Tiefschlaf 0,015 W 0,03 W 0,06 W - -
Prozess-Technik IBM 7S 0,22 µm IBM 8S 0,18 µm 0,18 µm 0,13 µm 0,13 µm
Integrierte Hardware Northbridge, SDRAM, PCI Northbridge, SDRAM, DDR-SDRAM, PCI Northbridge, SDRAM, DDR-SDRAM, PCI Northbridge, SDRAM, DDR-SDRAM, PCI Northbridge, SDRAM, DDR-SDRAM, PCI

Durch höhere Taktraten profitiert der Crusoe wesentlich mehr als andere Prozessoren. Statt einem Front-Side-Bus findet nur einmal eine Taktumsetzung zwischen dem Speicher und dem Prozessor statt. Der L1-Cache, L2-Cache und die Northbridge sind im Prozessorkern integriert. Der SDRAM-Speicher-Controller unterstützt Taktraten zwischen 66 und 133 MHz. Der DDR-SDRAM-Speicher-Controller unterstützt 100 bis 133 MHZ.
Die Crusoe-Prozessoren TM5700 (mit 256 KByte L2-Cache) und TM5900 (mit 512 KByte L2-Cache) sind mit 21 21 mm2 nur noch etwa halb so groß wie die bisherigen BGA-Ausführungen (32,5 25 mm2).

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