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MIPS以多執行緒技術進一步提升SoC效能

上網時間: 2006年06月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:多執行緒  SoC  超純量架構  多核心設計  34K核心 

在伺服器以及桌上型電腦市場中,多執行緒(Multi-threading)已是一個普遍使用的技術,但對可授權核心SoC市場來說,卻並非如此。有鑑於許多嵌入式應用對高效能、低成本的需求日益增加,MIPS(美普思科技)公司日前推出內建多執行緒功能的34K核心產品,希望藉此技術在提升效能的同時,也滿足更低功耗與更低成本的要求。

MIPS此次推出的34K核心是以90奈米製程設計、最差操作狀態下的時脈為500MHz。該核心延續了既有24K核心架構,除最多可設定五個執行緒內容(TC)外,具有9階管線、DSP ASE特性、更增加了確保即時性任務的服務品質(QoS)功能。

為什麼要採用多執行緒,MIPS大中華區技術總監王聰賢解釋說,雖然CPU的頻率越來越快,但DRAM的速度並沒有相對的提升,這造成CPU常常會處於閒置的狀態,等待DRAM資料的存取。若閒置的時脈增加越多,不僅是運算資源的浪費,同時也增加更多的功耗。

就目前SoC的設計趨勢來看,王聰賢指出,傳統上要增加效能主要是用超純量(superscalar)或多核心設計兩種方式,但這兩種做法的效率並不高。他解釋說,“若以兩個執行緒的設計來說,超純量架構是同時執行兩個指令,這需要更複雜的編譯器,而且效能的提升非常有限,但若採雙核心設計,雖然效能可以提升,但會造成更大的晶粒面積且功耗更高。”

而多執行緒設計是在單一的管線中,利用某一任務時脈閒置的時間,來同時處理另外一項任務,這種單一管線中同時執行多個任務的設計,能夠以更小面積與更低功耗來達到更高效能的目標。舉例來說,以H264、MPEG4應用來說,需要同時處理音訊、視訊、資料三項任務,利用這種多執行緒的概念,可以大大提升單核心的執行效能。

MIPS公司大中華區總經理盧功勳表示,自今年二月推出此產品以來,目前已獲得iVivity、Mobileye以及PMC-Sierra等三家公司採用。

盧功勳指出,以Mobileye為例,這是一家位於以色列的IC設計公司,他們利用兩顆34K核心,以多核心、多執行緒的架構來取代原有的4顆單核心設計,以進行汽車控制IC的設計。他表示,雖然目前為因應效能需求,晶片設計逐漸朝多核心方向發展,但對某些應用來說,利用多執行緒設計便已足夠。MIPS藉由34K核心的推出,就是希望讓設計人員有另一種更具成本效益的方案可供選擇。

就使用模式來看,34K核心能設定一或兩個虛擬處理元件(VPE)以及最多5個執行緒內容(TC),提供充分的可配置彈性。王聰賢解釋說,其實兩個VPE的作法就是將單顆核心模擬為兩個核心,使34K核心能同時執行兩個獨立的作業系統,或是一個雙路的對稱式多重處理器作業系統(SMP)。

因此,使用者可以依其需求進行不同的配置,舉例來說,針對一台多功能印表機,可以將34K核心設定為兩個VPE,每個VPE上分別執行列印與掃描的不同執行緒;或是像一台網路路由器,可以設定五個執行緒,以同時分別執行封包處理、查找表、VPN、防火牆、加密等工作。

根據MIPS針對24K與34K核心進行的效能比較結果來看,在將34K設定為兩個VPE、兩個TC的情形下,其速度可提升60%,但面積僅增加了14%。至於因為多執行緒作業而增加的快閃記憶體失誤率(miss rate)僅由原來的4.41%增加到5.16%。

至於軟體支援方面,包括Wind River、Cadence、Green Hill、Magma、Window CE、Virage Logic、 Mentor Graphics等多家公司都將提供支援多執行緒的軟體解決方案。王聰賢表示,使用者只需更改為採用支援多執行緒的作業系統,現有應用程式不用改變,能夠保障其既有的軟體投資。

作者: 勾淑婉




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