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FPGA/PLD  

XMOS樣產首款SDS元件

上網時間: 2007年02月21日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:SDS  XS-1  FPGA 

軟體定義矽晶片(Software Defined Silicon,SDS)供應商XMOS Semiconductor稍早前宣佈,其採用台積電90奈米G製程的測試晶片XS-1 ES與v1.0版設計工具,已於2008年初開始供應給客戶──這種主要瞄準FPGA而來的全新可編程晶片,最初將鎖定視訊轉換盒(STB)、家庭連網、面板與顯示器控制、手持裝置的I/O管理等應用。

XMOS公司預備2008年第二季開始量產XS-1系列晶片與v2.0設計工具,而價位則“包含了從1~10美元在內的範圍,”XMOS公司CEO James Foster表示。據Foster稱,該公司的目標是提供一種速度比FPGA快,但價位更低的可編程元件。

SDS是XMOS公司所開創出的一種革命性可編程元件架構,其構想始於6年多以前,“當時,我與David May致力於開發一種事件驅動的運算方式,”Foster說。“與過去的運算技術側重於處理大量運算的方式截然不同,我們希望以最有效率的方法來運算每一次的驅動,因此,我開發出了以事件驅動的多執行緒處理器架構。”

David May是XMOS公司技術長,他是Transputer處理器的建構者,也曾開發出OCCAM語言。“我們估計全球大學正為每位硬體工程師提供20至30 位軟體設計者,這並不令人意外,因為軟體是促成產品差異化的最主要關鍵。而我們開發的新型、緊密耦合事件驅動系統及多執行緒的技術,為今天的矽晶設計師提供了真正所需的工具,”他表示。

XMOS 公司的技術核心是一種稱之為XCore的精簡型事件驅動(event-driven)多執行緒處理器。透過以8個執行緒分享500MIPS的運算能力,XCore引擎可輕易導入一系列複雜的硬體功能。其運算及控制功能可透過嵌入式軟體設計流程存取,設計師可運用C語言迅速將white-board功能規格繪入矽晶片中。

長久以來,採用軟體來實現傳統硬體任務一直是一項嚴苛的挑戰。諸如乙太網路介面等應用,非常難用軟體來實現,他們需要被控制在硬即時環境的接腳。設計師必須確保軟體能用於I/O接腳,而無論是否仍有其他軟體正在執行。另一方面,用軟體實現多個介面也帶來了另一項挑戰--平行編程。軟體必須能以足夠快的速度切換,以便同時執行多項任務。

而在XMOS的處理器中,晶片上的執行緒均可同時運作。該公司指出,其XCore是一種具備16/32位元精簡指令集的32位元多執行緒處理器核心,在核心中,每個執行緒都具有16個暫存器,每個核心可執行達8個執行緒。其中,16個暫存器分別由12個通用暫存器、分割常數(separate constant)指針、數據指針、堆疊指針與鏈接暫存器所組成。

另外,大部份的指令集均為16位元,以減小程式碼體積並維持效能。該架構還允許同時提取兩個指令,以及可直接從目前為64KB的晶片上記憶體執行程式,以避免自外部記憶體存取可能造成的延遲。每個執行緒均具備可處理4個指令的64位元指令緩衝器,以確保每個週期都能執行新指令。

這些機制使XMOS的XS-1系列元件具備了極快速的處理效率,但最大的特色,還是在於其僅需採用C/++語言進行設計及編程的設計方法。“我們為設計師提供來了全新的設計途徑,”XMOS行銷執行副總裁Richard Terrill指出。“SDS的構想很簡單,就是用設計師最熟悉的C/C++,在高階程式環境中進行軟體設計及編譯,然後就能用在晶片中了。”

Terrill表示,XCore 處理器主要透過事件驅動的輸出/入埠與外界連結,並運用XLink通道讓每個執行緒都能相互通訊。核心中還包含了一個事件驅動的執行緒排程器,能確保每個執行緒均可在週期中執行,無須等待,“這種方法不會浪費處理器的頻寬,”他進一步指出,“這是最大的挑戰之一,因為傳統的晶片無法為每個執行緒排程,而我們的做法可確保每個執行緒的效能。”

另外,“所謂的XLink並不是實體鏈路,”Terrill表示,XLine是用來溝通每個執行緒之間的一種訊息傳遞機制,它可在執行緒之間提供達1Gbps的雙向鏈路,其執行緒可位在同一個核心、不同的核心,甚至是不同的晶片之上。

“過去一年來,我們與台灣客戶合作開發出了首款產品,對我們來說,台灣是極大的消費性市場,”Foster說。他並未透露首款產品的真正用途,但他指出,未來該公司的產品將與FPGA共同在消費性領域中爭奪可編程元件的市場大餅。

圖:XCore核心架構圖,其事件驅動的執行緒排程器確保每個執行緒均可在週期中執行。
圖:XCore核心架構圖,其事件驅動的執行緒排程器確保每個執行緒均可在週期中執行。

作者:鄧榮惠




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