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多核心SoC:開發工程師面臨的挑戰

上網時間: 2006年06月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:多核SoC  平行處理  系統級晶片  SoC  多作業系統 

就在幾年以前,性能就是頻率的同義詞。英特爾持續追求更高的頻率,新的應用也不斷提出更高的頻率要求,產業不得不解決匯流排頻寬和記憶體的瓶頸問題。目前,英特爾有一款可執行在4GHz的Pentium處理器,但其代價是得犧牲100W的功耗,其功耗之大已足以照亮客廳,並驅動一台吊扇,甚至超過了大多數電視機的耗電量。

然而,目前的高速網路、網路安全、無線通訊和影像處理等應用,一直在不斷地要求更高的處理器性能,而電腦、通訊和消費應用匯聚成多功能的小型裝置更加劇了這種挑戰。

但是,隨著頻率的提高,就目前的製程技術來看,我們已經面臨了電晶體漏電流達到和開或關一樣的瓶頸。事實上,即使在此之前,更高的頻率也不一定能帶來更高的性能。因為許多的多功能設備是可攜式的,100W的功耗絕對不是一個適當的解決方案。

進入平行處理時代

平行處理的應用已經存在一段時間。我第一次聽說它的應用是在1980年代末期,當時印度的先進運算開發中心(C-DAC)正在設計一種採用大量平行處理架構的超級電腦Param。據稱,Param在性能上可與當時的串列Cray媲美,而價格僅約為其1/3。

迄今為止,由於硬體工程師必須解決晶片外處理器通訊時所存在的延遲和高昂的成本問題,因而在伺服器中使用共享記憶體的多處理器概念才在最近開始於嵌入式系統上流行起來。奈米時代已經改變了一切,系統級晶片(SoC)已經為特定範圍的嵌入式應用提供了一種客製化解決方案,它們通常可在較低功耗的情況下提供較高的速度。因此,增加多個嵌入式核心,便可以進一步提高性能。

在需要即時處理和高吞吐量的應用中,由於控制功能和數據可平行處理,因此在SoC中針對特定應用的最佳化多重處理器便成為非常有吸引力的一種選擇。但是,現在主要的設計挑戰仍然是軟體開發。

在電路板級,一個多重處理器系統通常有一種處理器和作業系統;但在嵌入式環境中則未必如此。你可能會遇到兩種不同的核心,如用於控制的RISC和用於運算的DSP。而且,如果你想在多核心環境中,執行多重作業系統時,又該如何處理呢?

顯然,這使得軟體開發更為複雜,因為開發工程師要對若干任務劃分軟體、共享記憶體和其他資源增加了衝突的可能性。SoC可能採用多層AMBA匯流排架構,因而容許各主機同時存取到外部設備之間的匯流排。所以,單純地觀察中央處理器,是不可能歸納出系統運作的。

開發工程師可以採用消息傳遞來管理多處理器和作業系統,但是,更為迫切需要的是能夠處理不同系統或多處理器的開發工具。隨著硬體的可用性越來越高,嵌入式軟體產業也更為需要針對多核心SoC的開發工具。

來自嵌入式開發工具產業的代表將在8月17-18日齊聚於台北所舉行的嵌入式系統展覽會。該展覽會將主辦一個多核SoC高峰會,與會者可以提出您所關心的問題、瞭解最新技術趨勢,並帶回因應開發挑戰的解決方案。

期待與您相會!

作者:Vivek Nanda




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