微处理器大师的IC设计经验

2012-02-12 15:11:34来源: 互联网
即便放眼整个IC行业,像Chris Rowen博士这般爱谈技术,同时又可以讲得如此深入浅出的,着实少见。他几乎经历过微处理器的所有起起伏伏,前世今生。他是RISC架构的奠基人之一,分别参与了Intel和MIPS公司的大跃进时代,如今,又带着一种全新SoC架构的理念,在或多或少地改变着我们的数字时代。

  1、我看过您写的“复杂SoC设计”,非常喜欢的第8章(Chris Rowen:“SOC设计的未来”哈哈)。恩您还记得。因为你的所有预言都应验了,这非常有趣。所以我的问题是,您如何看待再6年之后的SoC设计,或者说和SoC设计有关的那些技术趋势?

  Chris Rowen :哇,这个问题还不赖!我认为这个市场的大方向还是相当清楚的。看看市场层面的基本趋势,再看看技术层面的基本趋势,你就可以看到他们在哪里重合。就技术而言,你会发现摩尔定律(Moore’s Law)作为经济驱动力的事实。但是摩尔定律真正有趣的部分在于,第一,是“集成度(Density)持续提高”。每隔2年半或者3年,硅密度就要提高一倍,这意味着近一倍成本的降低,让射频产品中的数字模块集成度越来越高。这也意味着,各种系统都在规模(Scale)上变得越来越小。所以无论是电脑亦或消费电子设备,每一个系统的目的都是集成于同一块芯片。这就变得有趣起来。因为在过去,你可以生产通用(Generic)存储器,通用处理器,通用射频,诸如此类,然后一股脑儿放在一块儿,建一个非常牛逼的专用(Specific)系统。但是在今天,事情都颠过来了。你更希望把一坨不同的功能集合到一块芯片上。当然在这个意义上,你还是得搞出一块专用芯片。但是挑战变大了,因为芯片本身需要更加专注于某一个特殊应用,而应用处理器、内部总线等等其他玩意儿,也要变得更小更强更快!

  另一件吊诡的事就是,摩尔定律并没有在晶体管层面带来太多的功率改进。在过去,当东西变小了,功率自然就降低了,所以工程师也压根不需要操心什么芯片架构(Architecture)。而现在,如果工程师想要优化功耗,首先就要优化架构。他得考虑我怎么着才能更有效地完成这个计算?譬如用更少的晶体管门或者运算周期,甚至在这个任务不运行的时候关闭掉相应子系统。总之,这活儿变智能(Intelligent)了。

  所以举个例子啊,比如你想做个手机,就必须要注意区分不同的使用场景,譬如听音乐、看YouTube视频、发短信、上网,或者煲电话,这些都是完全不同的情景。你得关掉所有没用的子系统。更细心,更积极。因此对于芯片设计师(Chip Architect)或者系统设计师来说,这是最好的时代。因为有这么多的事儿可做。但对于一个晶体管工人(Transistor Guy)而言,这可真是最坏的时代啊!一切都已经上升,已经上升到系统或者应用的级别。这就是技术领域正在发生的大事件。

  2、未来几年市场方面的变化呢?

  Chris Rowen :说到市场。我认为最大的趋势是一切都已经移动起来,因为人们的生活方式已经彻底改变了。当你可以随身携带那么多的设备,就会希望能够持续地连接到互联网 上。这种影响不仅表现在设备上,还表现在无线基础设施,以及云计算上。而且经济层面的机会,将会随之变得非常,非常深远。因为你会看到,譬如在这种设备(Chris拿起手里的iPhone开始演示)的层面,无线连接的带宽起码还要提高30倍。为了获得足够丰富的娱乐体验,我们或许需要几十甚至几百兆比特的带宽。在世界每一个地区,高端用户越来越多。中国就是一个鲜活的例子。不光如此。在印度、南美、非洲、加勒比海地区,人人都希望持续不断地连接到互联网。

  所以,你必须很好地设定人们日益增长的期望值。现在有10倍的宽带人口增长每个人都有30倍的宽带需求,因此就有了300倍的宽带要求。而系统的每 个层面都需要满足这种需求。对于无线基础设施制造商来说,他们的机会是巨大的。譬如华为。但是制造商是没可能赢得300倍收入的。有可能获得更多的收入, 但不是三百倍以上。因此,他们必须在得到大幅增加带宽的同时,大幅降低资金成本(Capital Cost)和经营成本(Operate Cost)。

  3、那么接下来在SoC设计上会有什么事情发生?

  Chris Rowen :你可以看下无线基站作为例子。传统意义而言,它们是昂贵的。你可以找些通用芯片、通用DSP、通用FPGA。可是今天,为了满足对带宽的要求,您需要更 多的高度定制的SoC,芯片平台和软件的需求也上升很快。所以这将使集成度更高,每块芯片上集成更多的DSP,而每块DSP上嵌入更多的软件程序,甚至是 软件内容的爆炸性发展。

  有趣的是,每部分网络基础设施(Network Infrastructure)的功耗都是巨大的。那么即便为绿色节能考虑,减少为更加紧密集成的系统都是异常重要的。基站将明显变小,这意味着整个基站 都可变成塔顶的一个小盒子,而不是……装在塔顶可是简单很多。

  当然在系统层面,你一旦降低成本以后降低功耗也就水到渠成。所以这两者之间是一个非常良性的关系。关键是硅晶圆的集成。这也是Tensilica会 如此迅速成长成为世界领先的DSP内核供应商之一的原因。

  甚至可以看到这种变化体现到了云计算上。因为现在你需要300倍的带宽,也就相应地对视频服务、视频压缩、互联网数据库搜索、社会网络,如此等等, 都提出了更高的需求。而所有这些事情,真的都是很复杂的应用程序呢。

  不过有趣的是,他们都是些并行的应用程序。这是个好消息。因为在计算机业已经发生的一件事情便是,单个微处理器的速度已经很难再提高了。Intel在1990年,戏剧性地发现了单处理器性能呈指数增长的改善。但是他们也旋即发现当处理器频率达到约3.5到4GHz的时候,功率密度(Power Density)遇到了瓶颈。于是,他们开始尝试多核技术。

  还好人民群众想做的事,基本都是天然就可以并行处理的。所以,你在做互联网数据库检索(Internet Database Search)的时候,确实可以设置多内核、多芯片,甚至多系统。因为你的查询请求通常将被发往多个地点。所以在互联网云计算的领域,运用多核的机会无比 广阔。

  而且确实存在是一个问题,就是你如何在有效的MIPS指令内获得足够低的功耗。或者说,如何在设计电池寿命最长的移动设备,和最可扩展的服务器之间 取得关联?因为所有都和功耗有关,而非峰值的性能。

  4、那么Tensilica是如何来克服在功耗上的挑战的?和竞争对手比起来又有何区别?

  Chris Rowen :举个例子。Tensilica赞同为特定的任务去优化处理器。优化流水线(Pipeline),优化接口,优化设计层面,然后把多个内核放在一起,以建 立一个多核系统。这种优化的能力将产生巨大的影响。我会在今天下午的会上谈到这个称作Turbo解码器的专用(Specialized)处理器。Turbo是一种特殊的算法,可以从嘈杂的噪声中提取有用信息,在一个工作循环(cycle)内,这个解码器可以执行大约3万次,哦对的没错3万次RISK指令。是的,通用的压缩(Compression)处理器只能执行一次指令,而这个专用处理器可以执行3万次。当然这是一个极端的例子,只是想表 明当你知道你的问题在哪里,你就可以做出很多令人难以置信的事情。并行,并因此难以置信的高效率。

  同样的原则可以适用于各个层面,适用于各种其他门类的专用DSP、无线接收器,适用于基带和音频的通用DSP,也适用于客户意欲进行视频处理或其他图形压缩、安全操作、网络协议处理,以及广泛应用于射频的深嵌入式控制(Deeply Embedded Control)。

  Tensilica特别集中精力于那些能够专门优化的能力,以及真正方便使用多核的能力。而因此,我们从那些传统的CPU老家伙们中区别了出来。譬 如Intel、ARM、MIPS,或者其他什么人。他们都面临一个相同的物理问题,摩尔定律在给了他们更多的晶体管之后,却没有给他们更好的功率控制,对不对?

  他们很少去考虑并行的问题。而与之相反,我们在应用层面非常努力地工作,以期寻找到解决方案。在云计算那段,我们确实可以将任务分割成很多子任务, 但是当我在这里玩游戏(Chris又一次拿起手里iPhone开始演示),我真的被限制了。你看,一个手指只能玩一样东西哈。因此在应用处理器的层面,你 真的无法得到啥好处。MIPS、ARM,甚至还有Intel,都面对着这样一个无法在当前硅科技下有效完成多任务的问题。而那是我们擅长的。

  我们看到这个市场在迅速增长,去年的出货量增长了大约70%。然后我们会试图进入所有的DPP(Data-Plane Processor)领域,包括DSP、音频视频、安全,以及深嵌入式控制,这其实和应用处理器的范畴离得很远。所以啊,我们常常会发现自己和MIPS、ARM或Intel出现在同一块芯片上。你知道吧,其实我们就是工厂的工人啊(Chris突然哈哈大笑)!因为有这么多不同的处理器,在Date-Plane里又有这么多不同的任务,那些小而高效的处理器会有很多机会,很多接口(Socket)。

这种对于应用处理器或者接口的互补性,甚至于可以让应

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关键字:微处理器  IC设计

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0212/article_14215.html
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