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處理器/DSP  

新創公司以專有暫存器設計提升多核心處理器功能

上網時間: 2006年11月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:多核心處理器  bric  RISC處理器  Ambric  C641 

美國新興公司Ambric近日推出了一種可用來設計多核心處理器的新方法,據稱採用新方法設計的處理器比目前最佳的DSP或FPGA性能還要高出10倍以上。該公司已經開發出晶片上通訊硬體和一款編程模型,起初將被用於開發標準的視訊處理元件,未來則希望能擴展到更多領域。

目前有許多新興公司藉由製程技術的進步,針對多核心設計提供了許多具有前景的架構,Ambric公司就屬於其中之一。

“多年來,我們已經擁有包含大量閘電路的FPGA模型,能夠以任何方式進行連接,但是我們還必須建構更強大的模組,以便能真正達到最充分利用矽晶的價值。”Linley集團首席分析師Linley Gwennap指出。

Ambric公司透過推出‘bric’以提升其於產業中的地位。bric包含了8個串流RISC處理器以及位於核心周圍和內部的13kB分散式RAM。該公司採用45個bric開發出一個被稱作Kestrel的130奈米原型晶片,並宣稱該晶片執行於333MHz時,性能可超出TI的C641x DSP或賽靈思公司Virtex 4的10倍以上。

Kestrel包含360個經過簡化的32位元RISC處理器核心,以及總計4.6Mb的晶片上RAM。該晶片的目標應用為視訊處理,最大功耗為10W。如果Ambric公司能夠在視訊應用中立足,接著將計劃再針對其他市場推出同樣採用該技術的產品。

“我們還未能從與FPGA和ASIC激烈的正面交鋒中取得突破。”Ambric公司的共同創辦人暨行銷和業務開發資深副總裁Jay Eisenlohr說。

“提出一些看來較具遠景的全新基本架構應該比較容易,”Linley的Gwennap表示,“但是,新創公司所面對的共同難題是:為客戶提供易於使用的環境和工具。”然而, Ambric公司看起來是相當關注這項挑戰的。

“我們認為首先必須定義合適的軟體編程模型,然後再開發可支援的電路。我們正是這樣做的。”Ambric公司架構副總裁Mike Butts透露。

在編程模型的環境下,開發人員採用一套Java子集在固定架構中開發出一組定義嚴謹的物件,和一個可相互通訊的訊息機制。該Java子集移除了虛擬機、垃圾收集和浮點支援,但是增加了用於處理Ambric專用暫存器硬體的類型庫(class library)。

為了實現Ambric晶片的非同步平行執行方式,開發者必須確保物件具備明確的的依存語法。最後產生的軟體透過Ambric的工具映射到晶片硬體上。

該處理器的關鍵是Ambric公司專有的暫存器設計,這些暫存器可以進行非同步和自動通訊。“該暫存器機制從本質上消除了可進行同步處理的中央和全局狀態機。這些狀態機往往難以設計、驗證或測量。”Butts指出。

此外,該方法也消除了對時序收斂驗證的必要,因而,“整體範疇的錯誤不可能再出現”,Butts補充道。


圖:Ambric採用可應用於多核心SoC的非同步暫存器架構Bric

在由單獨的資料和控制線連接的暫存器組基礎上,Ambric公司開發了晶片上通訊的‘通道’。當一個暫存器可以向鄰近暫存器傳遞資料時,控制線就會自動通知它,這樣一來就消除了對時脈同步的需求。接著,資料會經過字寬通道流向能緩衝兩個字的暫存器。

該公司採用其獨特的暫存器機制來建構處理器、bric以及晶片級互連。通道的三層架構可以將位於bric、毗鄰bric以及遠離bric上的各個單元互相連接。

相較於目前的FPGA和DSP,這款新開發的Kestrel晶片在相同價格下僅需要1/3的軟體,卻可以提供高約10-50倍的性能。據Ambric公司表示,該架構也能以遠低於競爭對手的價格提供相似的性能。

最初的晶片可望實現60GMAC的吞吐量。由於採用了多個分散式核心以及記憶庫,該晶片具有425Gbps的對分(bi-section)頻寬,這對軟體開發者來說是充分的CPU和記憶體資源。

Butts聲稱,Ambric架構打破了傳統von Neumann式的處理架構,開發了以通訊為導向的機制,使得此新款晶片在目前的媒體串流和網路資料封包高速偵測等應用中更具有效率。

Ambric公司是在三年多前由Jay Eisenlohr和Anthony Mark Jones所共同創立,他們先前曾共事於繪圖晶片設計公司Rendition。“我們明白整個RTL流程有多麼困難,Mark是一個非常聰明的人,他對於如何處理這個難題總會有一些新的想法。”Eisenlohr說。

他們兩個人從創投公司ComVentures籌集了1,040萬美元的資金,開始著手建立一種方法,以便迅速挺進晶片上平行處理的多核心世界。

“晶片上網路(On-chip network)已成為目前互連領域最熱門的話題之一,但是真正的瓶頸卻是有關多核心晶片的輸入輸出問題。”美國西北太平洋國家實驗室資深研究員兼Hot Interconnects大會聯合主席Fabrizio Petrini指出,“Ambric公司對於錯誤的方向也許過於樂觀。因為,建構高性能的晶片上網路其實並不存在太大的技術難度,但是主要的瓶頸在於與記憶體的連接。”

對此,Ambric公司的Butts回應道,Ambric晶片具備高度分散式的處理和記憶體資源,意味著該晶片並不需要大量的外部記憶體。“記憶體存取對我們所考慮的視訊處理等大部份應用來說並不構成問題。”他說。

作者:麥利




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