據稱無晶圓廠半導體初創企業Xmos半導體公司最近正在嘗試部署多處理架構。Xmos公司的成立源于其首席技術官David May的建議。在20世紀80年代,May是transputer(專門針對并行處理而設計的一款處理器)的架構師,也是相關Occam編程語言的創造者。因此,Xmos和transputer的架構非常類似也就不足為奇了,不過為了利用摩爾定律20年的發展成果,May重新設計了一種方案:多核單芯片實現方案。

實現單片并行機制還有許多其它方法。這些方法各有千秋,但并非總能成功。其中包括了超標量和多線程單處理器、超長指令字(VLIW)處理器、采用類似FPGA方式鏈接的裸片上多處理器,以及內務處理器與類似FPGA的可配置的整合概念等。

Xmos選擇了一種事件驅動的多線程處理器,并將應用于芯片系列的二維陣列中,這些芯片預期在2008年第一季度推出。這款32位XCore處理器帶有專門針對快速實時響應和低硅片成本而設計的固定指令集。XCore內部引腳控制功能的集成以及被稱為Xlink的內核間通信鏈路,允許包括接口在內的整個系統全部用軟件實現。產品開發采用基于C語言的統一嵌入式軟件流程。

以前凡是成功的單片并行處理器總是需要對硬件進行修改,而且應用范圍很窄。不過利用C語言對并行資源進行編程,又遏制了通用架構的產生。

利用合適的C++、C和XC編譯器以及連接編譯后代碼的鏈接工具,上述架構從開發角度看類似傳統的處理器,營銷副總裁Noel Hurley表示。處理器陣列允許正常情況下用硬件實現的系統功能可由軟件實現,從而使軟件和硬件設計流程得到有機統一,Xmos公司表示。

事實上,用XCore做設計不需要寄存器傳輸級或更低層硬件設計知識,它只需要一種利用C語言來執行接口、算法和通用軟件的嵌入式軟件方法。這樣,公司無需等待ASIC開發或專用標準產品(ASSP)流片就能夠實現硅片的創新或差異化,據Xmos公司稱。

“我們對從I/O到DSP的所有硬件功能作了仿真。我們還統一了設計流程；而且只有一種整合軟硬件的描述語言。”Hurley表示,“你必須決定是采用并行機制提高性能還是采用串行方法提高硅片效率。”

采用90nm CMOS的單個XCore據稱可以提供約500Mips的控制軟件性能、16抽頭FIR濾波器7MSps的性能以及200Mbps的通信性能。

Xmos公司首席執行官James Foster希望公司的芯片可以在FPGA獲得成功的領域同樣取得成功,比如通信基站和交換網絡。不過Foster補充道,Xmos硅片也將在消費電子品甚至移動手機等大批量設備中有所建樹。

Xmos將其所用方法描述為軟件定義硅片。它相信這項技術可向消費電子系統的設計師提供系統級芯片的單位成本優勢,而又無需同等的開發時間和成本；具有FPGA的靈活性,但硅片效率會高得多。開發人員可以通過編寫代碼在控制處理、DSP和I/O處理之間動態劃分資源,而所有任務都能在大批量生產的硅片上完成。“1美元實現完美靈活性”是該公司宣傳材料中的宣傳亮點。

May說:“今天人們追求什么？ASIC的NRE費用意味著風險大,成本高,除非存在很大批量的條件。ASSP過于嚴格,意味著設計自由相當有限,人們的創造性被嚴重扼殺。而FPGA在編程上的高度復雜性以及硅片的成本使得它們無法用于大批量消費電子產品中。”

還有個問題是,編譯后的代碼在基于Xmos架構的不同方案之間的可移植性,這或多或少都要占用一些資源。“編程人員無需知道哪個處理器在運行,他們只要把任務分配給線程即可,分配過程是通過手工完成的,”Hurley表示,“每個內核有8個線程；線程數應比任務數多。”

Hurley的解釋沒有回答有關架構功效的問題。“無操作”期間的功耗一直是VLIW機器和并行處理器的棘手問題,在更先進的硅片中,只有漏電流才消耗功率。

Xmos已經用System C成功開發出它的架構,并在FPGA上作了演示。Xmos的第一個產品設計已經出帶,將由臺積電(TSMC)采用90nm CMOS工藝制造。Xmos將提供芯片、軟件知識產權和開發工具。

作者:蔡培德