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多核 嵌入式处理器 IntellaSys
“如何在提高软硬件性能以支持不同的系统需求，同时尽可能地降低功耗，这是
嵌入式处理器设计中的一个重要挑战，”
IntellaSys公司亚太区销售副总裁王彦之(Joseph Wang)在第十二届国际集成电路展上这样表示。IntellaSys今年首次亮相国际集成电路展，带来了他们针对以上挑战推出的嵌入式处理器领域最新成果：拥有40个内核的
多核嵌入式处理器。SEAforth多核处理器将A/D和D/A转换器和多个处理器核组合在一起，每个处理器的处理速度是每秒10亿条指令，而一个典型应用系统的全部功耗只有250mW。
应用系统对性能需求的不断提升使得处理器芯片结构必须作出相应的改变。除了传统的I/O位触发(bit banging)外，今天的嵌入式处理器需要处理高速串行数据链接，同时运行多个算法，再加上对低功耗的要求以及芯片发展速度不及标准规格的变化，使得传统的单核处理器已无法满足要求需要。多处理器核芯片拥有极大的灵活性，它可以简单地指定各个处理器核完成需要执行的不同任务，解决范围广泛的各种问题。例如，可以让一个处理器核去管理外接存储器，让8个处理器核负责快速富利叶变换，完成多媒体算法，再用几个处理器核带动应用系统中的各种I/O子系统。
SEAforth是单芯片解决方案，每个处理器核都是一个独立的CPU，它含有128个字RAM存储器和128个字的ROM存储器。用VentureForth语言编写的应用软件存放在外部存储器中，在启动时通过一个SPI口读取这个应用软件源代码，然后装到每个处理器核的RAM存储器中，源代码进入相应的处理器核。ROM存储器含有处理器核的BIOS，每个处理器核有一组相应的BIOS子程序。SEAforth提供的是一种可扩展的解决方案，由于应用软件位于处理器核之外，当发生某些改变时只需修改应用软件，因此可以缩短产品面市时间，降低客户成本。“目前公司已推出了24核、40核的产品，明年还将会有100核的产品推出”，王彦之透露。
为尽可能减小功耗，SEAforth系列芯片采用了异步电路设计，它没有中央时钟，减少了几十亿个节点，而这些节点都会消耗电力。所有处理器核以异步方式交换数据，每个处理器核各有一个时钟(一个简单的环形振荡器)，它的速度和硅半导体的速度一样快，用这些时钟取代中央时钟。
实现处理器核之间的通讯也是决定系统性能的重要因素。每个SEAforth处理器核拥有4个作为I/O端口的寄存器，通常以硬件方式在相邻两个处理器核之间传送数据，因此速度非常快。王彦之介绍，当处理器核A需要向处理器核B传送数据时，传统的做法是A通过握手信号检测B是否做好准备，然后再发送数据(接受过程也是一样)，但是握手信号会造成严重的延迟，导致性能下降。SEAforth多核芯片提供了一个简单得多的办法：处理器核A总是认为B在等待数据，因此它不断地执行“送出数据（SendData）”。同样处理器核B认为一直A在发送数据，所以它循环执行“读取数据（ReadData）”。在这种情况下，传输速度可达每2ns传输18位数据。
“当处理器核无需传送或接收数据时，将自动转入睡眠状态，这时消耗的功率为零，”王彦之表示。通常在任意时刻会有三分之二的节点处于睡眠状态，它们不会消耗功率，从而可以进一步降低系统的功耗。
过去，人们通常需要一个中央操作系统把应用程序装到处理器核中并指挥它们工作，而在SEAforth多核芯片中，每个处理器核都有自已的BIOS，许多控制功能可在处理器核中用硬件实现，无需实时操作系统。
SEAforth多核处理器也是IntellaSys令人注目的声音、数据、视频三播放解决方案之一。该解决方案还包括Indigita保护内容安全的连接器件和OnSpec安全存储控制器。这三款产品可以作为一个完成的解决方案，也可以单独使用，或与其他公司的系统芯片一起使用，以达到最高性价比。Indigita处理器能够直接把HDTV双路数据流记录到硬盘上，数据传输速度很快。利用数字权限管理，可以轻松地将IDE硬盘驱动器变成DVR。OnSpec控制器使用128位AES加密，它把经过加密的数据存放在存储器中，不能够直接从存储器中读取。重要的是，OnSpec加密和解密功能是做在芯片上，因此十分安全。
“IntellaSys提供的是一种包括多媒体、I/O等在内的全面解决方案，拥有很大的弹性，可帮助客户降低成本和设计风险。”王彦之自信地表示，IntellaSys已许诺将努力支持中国系统厂商，针对中国客户的要求开发更多有创造性的解决方案。
作者：陈晋进
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