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某个处理器会一统天下?

Robert Cravotta?? Embedded Insights公司?? 2013年01月05日 ?? 收藏2
· ARM 32位架构现在是淘汰8位架构的最强大候选人。

· 由于32位处理器依赖于更小的工艺结点,因此增加了获得相同价格与能效的机会。

· 每种处理器大小与类型都能最好地服务于一个特定的问题领域,确定了获得最佳目标设备与软件的开销。

· 创新可以来自任何方式—甚至可能包括为提高速度而减小尺度。

· 单一开发方案可能会限制那些可能发现并解决新机会的类型。

某个处理器会一统天下吗?这种想法是否是一个好主意?

嵌入式计算的生态系统非常类似于《指环王》中的中土大陆,只不过其中没有精灵、矮人、霍比特人和人类自身, 而是栖息着所有类型的处理架构。各种微处理器、数字信号处理器以及微控制器的优化组合,满足了设计人员庞大的设计需求。

我的这一类比源于最近读的一些文章和在线讨论。总体上,它们都问着两个问题:是否8位处理器正在消亡?ARM是否在赢得处理器大战?这两个问题潜意识都在期望着一种统一的架构。这些文章和讨论都认为,ARM架构将成为较小位宽微控制器棺材上的最后一根钉子,甚至可能在一些应用中挤占其它32位微处理器的空间。在这个快速变幻的生态系统中,ARM架构确实可以一统天下吗?

这种类比只是对这些问题及相关讨论中普遍蕴含的统一架构主题的一种描述,而不意味着对所讨论处理器架构或支持这些架构的生态系统公司的一种断言。但至少对我来说,这种类比提供了一个可见且几乎触手可及的图像,从中可以看出,不久以后的某天,单一处理器架构可能最终宣告8位和16位架构的死亡,并可能抢夺传统上归属于32位和更大微处理器的应用。

这种处理架构的一统天下是可能的吗?这是我们想要的结果吗?

让我们开始如下的演练:约定就成本、工作负荷能力及功耗等方面而言, 某款3 2 位处理器已经获得或超越了用于某特定工作负荷的某款8位处理器的性能。在这里用“约定”这个措辞,并非要避免数据表争议,而是为了强调任何处理器对其它处理器的替代都是基于个例完成的,是以显式工作负荷(预期或已经实现)为背景,在显式替代者之间做的区分。当替代者超过现有实现者时,就存在着一个向替代者迁移的机会。

然而,在工作负荷以及可用处理选择生命周期内将某个工作负荷迁移到一款替代器件上,并不等同于将它迁移到一个特定的替代器件上,因为现有处理器的宽度或架构实现都会被逐步废弃。

举个例子,考虑长期以来有关FPGA的类似争议,即所谓FPGA会把DSP逼上绝路。过去已经反复多次证明了,FPGA可以任意完成广泛的信号处理工作,比专用DSP更快也更高效。但对确定的工作负荷,如果某种处理器包含了用于特定工作负荷实现的最优执行单元类型与数量,则FPGA将不再具备性能与效率的优势。

事实上,当前信号处理工作的真实情况是这样的:最初,某个待开发的工作负荷是在一个高性能微处理器或DSP上,以仿真和原型方式用软件实现。随着工作负荷实现的变动与不确定性趋于稳定,开发人员会将其迁移到一个FPGA,做性能、价格与功耗的优化。一旦设计人员使工作负荷适应了很多大批量设计,半导体公司就可能决定生产一种专用处理器或协处理器,其中包含了用于特定工作负荷的微处理器或DSP;而这个开发工作也将决定工作负荷的另一次迁移,这次是将软件实现迁移到上述器件上。这些迁移没有一条是造成微处理器、FPGA 或DSP趋于过时的原因。

最有效点

实现这些不同的处理(微处理器、DSP和FPGA)的真实体验是,其中的“最佳选择”要取决于目标处理的类型,因此在相同设计中,它们通常是平等的。同样地,“8 位何时死亡”这个问题也是指不同环境吗?

借助于各种处理的最有效点的分布图(图1)有助于给出这些迁移事件可能出现差异的方式与原因。图中将每种处理器的架构映像到一个二维空间,将一个设计的处理复杂性表示为计算或工作强度与一个系统必须管理的环境量的函数。

某个处理器会一统天下?

工作强度表示在横轴,可以表示在一个单位时间或能量内,系统需要的处理性能峰值、总量或持续量。处于分布范围最左端的工作负荷优化到了一个有限的能量预算,而最右端的则优化为有限的完成时间预算。

竖轴表示一个系统必须管理的环境量,可以是系统内部状态、系统输入输出数量(无论结构上是分级还是汇聚),甚至可以是系统必须支持的可能状态或条件控制流水平。

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数字信号处理器? DSP? 微控制器? 处理器?

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