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控制技術/MCU  

嵌入式應用採用多核心方案解決功耗挑戰

上網時間: 2007年08月17日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:多核心  嵌入式  功耗 

與PC領域中的X86微處理器處境一樣,高階嵌入式處理器供應商們看來似乎得在激烈的時脈競賽(megahertz race)中舉白旗投降了。現在,這些供應商們不再僅專注於元件的原始性能,也競相開發各種32位元和64位元多核心解決方案,這些方案據稱可以解決高階嵌入式領域中潛在的功率難題。

在新興領域的最新進展方面,Cavium Networks公司和飛思卡爾半導體(Freescale)正計劃分別導入針對高階嵌入式應用的多核心處理器產品線。從這些產品的上市,我們可以預見,下一代多核心架構,以及網路、儲存、無線和其他嵌入式市場所存在的一些挑戰。

針對儲存和通訊市場,新創公司Cavium推出了基於MIPS Technologies公司64位元架構的嵌入式處理器產品線。根據相關報導指出,其競爭對手飛思卡爾公司為了迎頭趕上該市場,也將發佈其基於PowerPC所建構的下一代多核心平台Power Architecture架構。該新平台是以45nm製程和絕緣矽(SOI)技術為基礎,看來飛思卡爾打算直接跳過65nm節點。

AMCC、Broadcom、Intel、PA Semi、Raza以及其他供應商最近都引進了針對網路、儲存、無線和相關高階應用的單核心或多核心嵌入式處理器,利多原因只有一個:該晶片市場將在2010年之前達到超過30億美元的規模。

絕大多數的OEM仍然採用單核心、32位元和64位元解決方案,但是市場動向正迅速地發生變化。“在高階嵌入式領域中,我們在功耗方面正陷入困境,”Linley Group公司總裁兼首席分析師Linley Gwennap表示。

Gwennap表示,基地台、DSL設備和路由器等高階通訊系統一般都有15W∼20W的功率預算要求。但是OEM們常常超出這些預算,使得他們不得不尋求新的多核心方案,以解決系統設計中不斷增加的功效問題,他表示。

嵌入式多核心解決方案已經出現好一段時間了。然而,由於功效和其他因素的影響,一些新興的解決方案正從早期採用階段轉向主流應用階段,Cavium公司策略行銷總裁Amer Haider表示。

製程節點的微縮進展還未至盡頭,但高階嵌入式市場的時脈競賽卻似乎漸趨緩和。

這種趨勢與PC的處理器市場十分相似。幾年前,Intel曾宣佈該公司能使處理器中的時脈速率提高到10GHz或者更高,但功耗仍然是一個很大的絆腳石。因此,AMD和Intel不得不中止在PC領域的時脈競爭,而轉向多核心解決方案。多核心產品採用現有的處理器核心,並在系統級晶片配置中擴充這些核心,因而減少了晶片數並降低功率。此外,多核心產品還可望在多個核心中對功能進行分割,以便更為提高系統效率。

然而,與PC市場不同的是,嵌入式多核心業務為高階OEM帶來了一大堆新穎但混淆的抉擇。絕大多數的OEM最終仍採用ASIC、DSP、FPGA和通用單核心處理器。事實上,在可預見的未來,大多數的應用也不必得採用多核心解決方案。

但是多核心嵌入式處理器的突然出現,引發了越來越多的大公司和新創公司加入各種競爭架構的競賽中,包括基於ARM、MIPS、PowerPC和X86等架構。

此外,這些解決方案是否可以利用各種架構內部原生的平行性也並不明確。事實上,飛思卡爾的主管們聲稱,第一代的多核心架構已經產生了各種相互矛盾的結果。他們也指出,有些產品對於大多數應用而言功能過強,而有些產品卻無法執行既有軟體。

但是考慮到目前基礎設備的的資料流量越來越大,“我們正處在一個轉捩點,”飛思卡爾公司網路系統部門行銷總裁Jeff Timbs表示。系統設計工程師正尋求“利用雙核心和多核心架構來解決他們所面對的新一代挑戰”。

2005年,飛思卡爾推出其PowerQuicc通訊處理器的雙核心版本,這款最新的PowerQuicc產品是基於90nm的SOI製程。接下來,飛思卡爾似乎打算跳過65nm,直接進入45nm節點。該公司計劃在2008年底提供這款45nm SOI製程的平台,此外,該平台採用了IBM公司通用平台聯盟的製程技術。

相較於90nm製程技術而言,飛思卡爾的45nm平台據說可使功率效能提升50%。該平台可以支援超過32個以上的同質和異質核心,並包括DSP在內。該平台還可能支援其現有的1.5GHz核心e500-mc。

這款45nm平台的核心技術是一款針對晶片連接所用的結構可擴充性新技術。此外,該平台還支援乙太網路、PCI Express和Rapid I/O等介面。

飛思卡爾在該領域的競爭對手Cavium公司也針對網路領域推出了90nm的Octeon多核心產品線。Cavium公司並將其最新版本的Octeon產品線導入儲存處理器市場。Octeon儲存服務處理器系列是基於MIPS Technologies的64位元RISC架構,並採用台積電(TSMC)的90nm製程技術製造。

該處理器產品線包括7個元件,並能在2∼12個核心之間調配擴充。這些元件還具備儲存應用加速、10Gb Xaui、PCI Express、Gigabit乙太網路埠以及雙埠DDR2記憶體。應用範圍包括Fibre Channel和乙太網路磁碟陣列、RAID控制器、多協議交換器,以及iSCSI配接器。

圖1:採用多核心架構可在多個核心中為功能進行分割,以便更為提高系統效率。
圖1:採用多核心架構可在多個核心中為功能進行分割,以便更為提高系統效率。

圖2:飛思卡爾公司的45nm多核心平台可支援超過32個以上的核心。
圖2:飛思卡爾公司的45nm多核心平台可支援超過32個以上的核心。

作者:馬立得




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