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MIPS 74K:展开处理器内核特性博弈

记者:郭晶



MIPS 科技日前推出下一代基于创新嵌入式微架构的MIPS32 74K 系列处理器内核。74K 内核是为数字和互联家庭的量产应用专门设计的。包括 DTV、机顶盒、下一代 DVD 播放器/刻录机、VoIP 等市场对高性能、低系统成本和低功耗的需求,使74K 内核系列在新兴的消费市场中成为处理器设计的更好选择。


创新的微架构

MIPS设计针对嵌入式市场的先进微架构,优化了 74K 处理器内核,使其获得突破性的性能和尺寸及功效。74K 内核是业界首款可合成的32位处理器,在65纳米GP工艺上可实现速度超过1GHz,与普通标准单元、存储器和 EDA 设计流程兼容,使用74K内核系列产品的客户不需要额外的物理 IP 或昂贵的结构化逻辑和定制设计流程。该处理器系列将满足今天复杂的 SoC 设计对尺寸和功率要求。并且,这一内核技术可与业界现有标准的 24K、24KE 和 34K处理器软件和系统接口兼容,可根据客户的不同需求替换不同内核,有助于SoC设计师利用他们现有的硬件基础设施。


深度流水线设计

要想达到更高的处理器速度往往需要更深的流水线设计,但这同时会影响产品性能。MIPS 科技亚太区副总裁Mark Pittman先生认为,嵌入式处理器内核往往需要更高的性能和更小的面积以及较低的功耗之间的最佳组合。

与传统的方式相比,74K 内核采用了独特的无序分发和非对称双发组合的 17段流水线,有助于实现更高频率、更高性能却只需更小面积和功耗的解决方案。无序指令分发使 74K 内核比有序处理器可执行多个指令,显著提高了性能和效率,甚至对现有二进制码也是如此。高效执行现有二进制的能力,结合使用原先的 MIPS 处理器内核相同的系统接口,有助于74K 内核系列的无缝升级。

无 序执行可以实现更高的性能和更高的效率,在同样时间内比有序处理执行更快的执行多个指令,同时实现真正的二进制兼容,而不需要反复的重新编译。采用无序非对称双发这种方案所取得的整个组成的结构效率更好。通过这一实施方案可以实现高性能、小面积、低功耗。这种流水线的模式,可以用最小的面积获得最大的平行性,同时可以在消除流水线执行的延迟现象的同时,实现频率的最大化。


增强的 DSP 特性

74K 内核还采用增强的 DSP 指令,能够提高性能、降低功耗并在处理器中增加更多信号处理功能。MIPS DSP ASE 修订 2 中的附加 DSP 指令可消除许多音频、视频和 VoIP 应用对独立 DSP 核的需求,从而减少芯片尺寸和系统成本并缩短设计周期。74K 内核结合了更高的频率、双发功能和增强的 DSP 指令,使各种 DSP 内部环路的速度比 24KE 内核提高了 60%。

据Mark Pittman先生介绍,在传统媒体播放器、VOIP应用设计领域中,一般采用RISC CPU + DSP Core的设计架构。现在74K内核具备数字化处理能力,在图像、视频和VOIP等领域中,无需使用授权DSP核,避免使用两套开发工具,并减少连线关系、板面积,节省Core授权费用。


多线程架构发展

MIPS一直致力于多线程处理器内核的推出,在嵌入式产品市场中,有许多应用可以从多线程处理器执行当中获益,整个系统性能由此将提高60%到300%不等。因此MIPS认为多线程处理器将是嵌入式设计的未来所在。

但 Mark Pittman先生也认为,多核和多线程处理器技术并不是排他的。目前市场还是需要单线程处理器产品,以实现单核的某些性能。但从长期来讲,未来应用所需要的性能,最终将会超出单一多线程或多核处理能力。此时采用多核处理器,并进一步采用多线程流水线,才能满足最好的需求。

多核结构可以大幅增加总线中的数据流量,但同时可能会加剧整个处理器延迟现象,使处理器处于停滞的状态。而多线程的情况下,可以基于不同的周期,在一个线程无法运行的同时,通过另一个线程的流水线来进行数据处理,但需要更长的执行时间。Mark Pittman先生认为,从未来的技术发展来看,两至四线程的多线程处理器性能将优于两至四核的多核处理器。MIPS 74K系列首先推出单线程设计,2008年将向市场上推出多线程的下一代产品。

《世界电子元器件》2007.8
         
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