ARC HS處理器實現(xiàn)RISC和DSP性能組合 適應(yīng)嵌入式應(yīng)用向高端發(fā)展

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)的崛起，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，迎來發(fā)展的大好時機。據(jù)統(tǒng)計，中國的嵌入式市場規(guī)模已超過500多億元，預(yù)計未來三年中國嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的增長率將高達(dá)40%左右。在企業(yè)級SSD、家庭網(wǎng)絡(luò)、無線控制和智能家電等領(lǐng)域中，相關(guān)產(chǎn)品對性能、面積、功耗和成本都提出更高要求，嵌入式技術(shù)也要隨之改進(jìn)。為了進(jìn)一步提高嵌入式系統(tǒng)的性能，Synopsys推出適合高性能嵌入式應(yīng)用使用的新DesignWare ARC HS4x和HS4xD處理器系列。

據(jù)Synopsys ARC處理器高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理Michael Thompson介紹，“這兩個系列包含5個處理器產(chǎn)品：ARC HS44、HS46、HS48、HS45D和HS47D處理器，具有單核、雙核和四核配置，實施了雙發(fā)射超標(biāo)量架構(gòu)，最高速度為每個內(nèi)核6000 DMIPS，提供2倍的性能和獨特的高性能控制和高效數(shù)字信號處理組合。其中，HS4X產(chǎn)品只執(zhí)行RISC架構(gòu)，HS4XD產(chǎn)品執(zhí)行RISC+DSP架構(gòu)，增加了150多個優(yōu)化的DSP指令，向下兼容廣泛應(yīng)用的ARC EMxD內(nèi)核。”

解決嵌入式系統(tǒng)面臨的諸多挑戰(zhàn)

嵌入式系統(tǒng)越來越復(fù)雜，同時要求產(chǎn)品小面積、低能耗、低成本，這使開發(fā)者面臨巨大的挑戰(zhàn)。如何做到不增加時鐘頻率和內(nèi)存器訪問時間?Michael Thompson指出，“Synopsys從三方面采取措施：第一，增加每個時鐘周期指令執(zhí)行數(shù)量，比如將每個時鐘周期執(zhí)行指令條數(shù)從一個增加到兩個，在并行雙事件管道中執(zhí)行多條指令;增加內(nèi)存訪問時間;支持多核執(zhí)行等。第二，為固定或下降的嵌入式應(yīng)用管理功耗預(yù)算，不只依靠芯片性能更關(guān)注性能效率，增加功耗管理，減少浪費。第三，更有效地移動數(shù)據(jù)，32位的處理器支持?jǐn)?shù)據(jù)移動64位進(jìn)行，對處理器配置性能翻倍的DMA。第四，在一個處理器中實現(xiàn)RISC和DSP的高性能組合，軟件工具和庫無縫支持C/C++編程和調(diào)試。”

“雙重架構(gòu)的優(yōu)勢在于，增加功能單元的利用率，增加額外的硬件數(shù)量;每個時鐘周期可以執(zhí)行提升到執(zhí)行兩個指令，增加了RISC和DSP兩種性能，面積和功耗增加15%;支持指令的并行執(zhí)行;編譯器執(zhí)行雙重架構(gòu)。” Michael Thompson補充。

HS4X系列/HS4xD系列：適用于高端嵌入式應(yīng)用

ARC HS4X系列處理器采用了ARCv2指令集架構(gòu)(ISA)，可實現(xiàn)低功耗、小體積硅封裝的高性能嵌入式設(shè)計。ARC HS4x系列具有高速10級雙發(fā)射流水線，支持亂序執(zhí)行，從而盡可能減少了處理器的空閑周期，盡可能增加了指令吞吐量。在典型的16-nm FinFET制程中，處理器可在2.5 GHz下，提供高達(dá)每個內(nèi)核6000 DMIPS的性能，同時僅需要0.06 mm2面積且功率低至37 microwatts/MHz。HS4X系列的目標(biāo)應(yīng)用是固態(tài)硬盤(SSD)、無線基帶、無線控制和家用網(wǎng)絡(luò)。

HS4xD系列具有和HS4x一樣的高端控制功能，還有對基帶、音頻、聲音、語音和其他信號處理應(yīng)用有用的額外DSP功能。為了加速數(shù)學(xué)函數(shù)的執(zhí)行，HS45D和HS47D為設(shè)計人員提供了實施硬件整數(shù)分頻器這一選項以及適用于64位乘積、乘積累加(MAC)、向量加減和可配置IEEE 754兼容浮點單元(單精度、雙精度或兩種精度)的指令。HS4xD處理器中高性能RISC和DSP功能的混合提供了高效的多信道音頻處理功能，適合手機應(yīng)用、家庭應(yīng)用和車載信息娛樂系統(tǒng)應(yīng)用。HS4xD可同步管理通信棧、文件系統(tǒng)支持等控制任務(wù)，同時還能提供信號處理帶寬，支持音頻解碼、后期處理和基于語音的人機接口(HMI)處理。

Michael Thompson指出，“從性能上對比，HS4X系列/HS4xD系列處理器相對于Cortex-A9處理器性能提升45%，功耗減半;相對于MIPS InterAptiv或者Cortex-A7處理器性能翻倍，功耗降低20%;相對于Cadence Tensilica處理器性能提升2.5倍。”

MetaWare 開發(fā)工具包簡化了HS4x/HS4xD處理器編程

ARC HS4x和HS4xD處理器系列擁有一個穩(wěn)固的軟硬件開發(fā)工具生態(tài)系統(tǒng)支持，其中包括MetaWare編譯器/調(diào)試器、nSIM指令集模擬器、MQX實時操作系統(tǒng)(RTOS)和行業(yè)領(lǐng)軍供應(yīng)商提供的第三方工具、操作系統(tǒng)(包括Linux)和中間件。MetaWare開發(fā)工具包包括優(yōu)化的DSP函數(shù)庫，如FFT和DCT、FIR和IIR濾波器，以及向量和矩陣數(shù)據(jù)函數(shù)，允許軟件設(shè)計人員從標(biāo)準(zhǔn)DSP構(gòu)建塊快速實施算法。該工具還包含開發(fā)語音代碼使用的基于ITU-T的運行庫。對于常規(guī)C代碼，編譯器能自動生成ARCv2DSP ISA指令，以提供最佳性能，包括引導(dǎo)的和自動的向量化優(yōu)化。

在嵌入式應(yīng)用中創(chuàng)新不斷，嵌入式產(chǎn)品復(fù)雜度越來越高的發(fā)展背景下，新的ARC HS4x和HS4xD處理器是ARC資產(chǎn)組合中性能最高的處理器，支持設(shè)計人員滿足嵌入式設(shè)計所需的日益增長的控制和信號處理需求，在嵌入式領(lǐng)域會發(fā)揮越來越重要的作用。