TI AM5K2Ex處理器實(shí)現(xiàn)高性能和低功耗的平衡

德州儀器（TI）日前宣布基于KeyStone架構(gòu)的AM5K2Ex處理器已開始供貨。AM5K2Ex面向航空電子、工業(yè)路由與交換、企業(yè)網(wǎng)關(guān)及通用嵌入式控制器等應(yīng)用，處理能力高達(dá)19600 DMIPS，而需功率卻不到10W。AM5K2Ex處理器如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能和低功耗呢？TI半導(dǎo)體事業(yè)部數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)支持經(jīng)理丁剛先生給出了詳細(xì)的解讀。

圖：AM5K2Ex處理器

丁剛表示：TI的芯片強(qiáng)調(diào)性能和功耗的平衡。AM5K2Ex處理器內(nèi)核非常強(qiáng)大，ARM Cortex-A15是目前處理能力最高的32位內(nèi)核，針對(duì)高性能應(yīng)用。例如，手機(jī)經(jīng)常會(huì)用到多核，其中有些會(huì)使用A15，但一般不會(huì)全部用A15，往往會(huì)用大小核，如一顆A7配一顆A15。Cortex-A15用于一些非常有挑戰(zhàn)的應(yīng)用。

Cortex-A15更普遍的應(yīng)用是做高性能處理，性能可以媲美英特爾處理器，被用在Micro Sever（微服務(wù)站）等應(yīng)用當(dāng)中。AM5K2Ex處理器集成四顆A15內(nèi)核，A15里也把專門針對(duì)計(jì)算的加速器NEON集成進(jìn)去。AM5K2Ex的計(jì)算能力是1.9萬(wàn)個(gè)DMIPS，也就是每秒跑2000×100萬(wàn)個(gè)指令。

據(jù)介紹，AM5K2Ex處理器的外設(shè)也很有特點(diǎn)，最突出的是高速總線部分，它有很多SerDes接口，其中會(huì)用到較多的是8個(gè)千兆以太網(wǎng)、2個(gè)萬(wàn)兆以太網(wǎng)，包里有加速器和處理功能。集成的DSP可以用于純粹的信號(hào)處理，算法非常復(fù)雜的運(yùn)算可以通過(guò)這個(gè)DSP來(lái)做加速。它還具有安全加速器和包處理，支持各種加密算法，其中包含祖沖之加密算法，這是中國(guó)提出的在4G通訊中應(yīng)用的一種加密算法。在包加速方面，包加速和交換機(jī)結(jié)合起來(lái)，底層網(wǎng)絡(luò)處理就可以通過(guò)加速器處理，無(wú)須CPU或DSP的干預(yù)就可以完成打包、起包。

如何降低總體功耗，實(shí)現(xiàn)每瓦2000DMIPS的處理能力呢？AM5K2Ex處理器的低功耗得益于KeyStone架構(gòu)在電源管理方面的特性。

首先，高性能處理器功耗分成兩部分，一是靜態(tài)漏電流功耗，二是動(dòng)態(tài)運(yùn)算的功耗。動(dòng)態(tài)功耗取決于處理器的負(fù)載高低，而漏電流與負(fù)載無(wú)關(guān)。KeyStone第二代架構(gòu)能夠判斷不使用的外設(shè)和內(nèi)核，把其的電源徹底斷掉，切斷直接供電，漏電流降為零。另一方面，KeyStone第二代架構(gòu)具有快速喚醒功能，從休眠模式能迅速恢復(fù)成休眠之前的狀態(tài)。

如下圖所示，以KeyStone架構(gòu)為基礎(chǔ)能夠提供每瓦極高的性能。KeyStone是多核架構(gòu)的重要支撐，包含一個(gè)多核Navigator及一個(gè)TeraNet內(nèi)部總線，形成內(nèi)部數(shù)據(jù)的樞紐、基礎(chǔ)架構(gòu)。在這個(gè)基礎(chǔ)上加入不同的IP，左邊是與核相關(guān)的IP，右邊是加速器等，下方是芯片與外界相交互的I/O。

圖：KeyStone架構(gòu)

丁剛強(qiáng)調(diào)，AM5K2Ex面向工業(yè)、嵌入式市場(chǎng)，這些市場(chǎng)有三點(diǎn)特殊的要求：一是性能、處理能力和功耗是要針對(duì)工業(yè)應(yīng)用優(yōu)化的；二是極高的芯片現(xiàn)場(chǎng)可靠性；三是易用性。

AM5K2Ex處理器可支持-40℃至100℃的寬泛溫度范圍，并擁有極長(zhǎng)的生命周期，通電時(shí)間高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，同時(shí)具備軟錯(cuò)誤率評(píng)估功能。此外，跨所有片上存儲(chǔ)器和外部DDR存儲(chǔ)器接口的全面存儲(chǔ)器糾錯(cuò)碼或奇偶校驗(yàn)功能還可加強(qiáng)關(guān)鍵用例的可靠性。目前，采用AM5K2Ex設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備已經(jīng)推出，我們期待AM5K2Ex的廣泛應(yīng)用能有效降低高性能工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)終端的功耗。