Сигнальные мп фирмы Motorola.

DSP фирмы Motorola представлены тремя семействами 16-, 24- и 32-разрядных процессоров.

16-разрядные процессоры семейства DSP56600 объединяют в себе два ядра: процессор ЦОС и микроконтроллер с RISC-архитектурой. Производительность ЦСП составляет 25 MIPS на частоте 20 МГц. В составе вычислительного ядра имеется умножитель-аккумулятор 16X16 и два 36-разрядных аккумулятора. Семейство DSP5660x имеет производительность до 60 MIPS на частоте 60 МГц. Процессоры данного семейства находят применение в цифровых АТС, автоответчиках и других устройствах, требующих подобного уровня производительности.

24-разрядные процессоры представлены семейством DSP5600x. Производительность данных процессоров составляет более 30 MIPS при частоте 60 МГц. 24-разрядные регистры процессора и 56-разрядный аккумулятор практически снимают ограничения на динамический диапазон алгоритмов ЦОС.

Семейство DSP5630x выполнено на базе ядра DSP56300 производительностью 66/80/100 MIPS на частотах соответственно 66/80/100 МГц. Семейство программно и аппаратно совместимо с процессорами DSP56000.

32-разрядные процессоры с плавающей точкой DSP96000 поддерживают стандарт IEEE 754. Производительность семейства составляет 60 MFLOPS на частоте 40 МГц. Оно ориентировано на приложения, связанные с обработкой изображений, радиолокацией и др.

В 2000 года фирма представила новый DSP, ориентированный на профессиональную работу со звуковыми приложениями — DSP56367. Основной идеей его создания является снижение энергопотребления и увеличение производительности при сохранении архитектуры памяти и периферии. При производительности 150 MIPS процессор непосредственно поддерживает основные аудиостандарты. Энергопотребление DSP составляет 0,6-0,4 mA/MIPS для напряжений питания 1,8–1,5 В соответственно. В перспективе компания планирует снизить напряжение питания до 1,0 В.

Совместно с компанией Lucent Technologies в 2000 г. было анонсировано новое вычислительное ядро — StarCore. На его основе выпущен DSP — MSC8101. Его производительность порядка (1200 MMACS или 3000 RISC MIPS), объем памяти — 512 Kбайт (256 K 16-разрядных слов), высокопроизводительная интерфейсная шина (100 МГц, 64- и 32-разрядная) и наличие специального сопроцессора фильтрации.

В заключение целесообразно остановиться на общих направлениях совершенствования характеристик микропроцессоров.

В их числе прежде всего следует отметить:

• Повышение тактовой частоты;

• Уменьшение размеров транзисторов;

• Увеличение пропускной способности подсистемы памяти;

• Повышение степени внутреннего параллелизма;

• Расширение функциональных возможностей МП.

Для повышения тактовой частоты используются более совершенный технологический процесс с меньшими проектными нормами, увеличение числа слоев металлизации, более совершенная схемотехника меньшей каскадности и с более совершенными транзисторами, а также более плотная компоновка функциональных блоков кристалла. Все производители перешли на технологию КМОП. Компания Exponential Techholoqy пыталась развить биполярную схемотехнику для производства процессоров с архитектурой Power PC и х86. Однако на частоте 466 МГц с кристалла площадью 150 мм² выделялось около 80 Вт, что создало серьезную проблему теплоотвода. Компания пыталась добиться повышения тактовой частоты до обещанного уровня, но не справилась с этим, по ее утверждению, из-за экономических проблем. Анализ показывает, что биполярные схемы и КМОП на высоких частотах имеют примерно одинаковые показатели тепловыделения, но КМОП схемы более технологичны, что и определило их преобладание в микропроцессорах.

Уменьшение размеров транзисторов, сопровождаемое снижением напряжения питания с 5 В до 2,5-3 В и ниже, увеличивает быстродействие и уменьшает выделяемую тепловую энергию. Все производители микропроцессоров переходят с проектных норм 0,35 - 0,25 мкм на 0,18 - 0,13 мкм и стремятся к нормам 0.09 – 0,07 мкм.

Проблема уменьшения длины межсоединений на кристалле решается путем увеличения числа слоев металлизации. (Фирма Cyrix, например, при сохранении 0,6 мкм КМОП технологии за счет увеличения с 3 до 5 слоев металлизации сократила размер кристалла на 40% и уменьшила выделяемую мощность, исключив существовавший ранее перегрев кристаллов.)

Уменьшение длины межсоединений актуально для повышения тактовой частоты работы, так как существенную долю длительности такта занимает время прохождения сигналов по проводникам внутри кристалла. Микропроцессоры на кристаллах с миллиардом транзисторов и тактовыми частотами на уровне гигагерц не могут быть синхронными, так как время распространения от одного края кристалла до противоположного края любых сигналов, включая тактовые, составляет порядка 3 наносекунд, что при тактовой частоте 2 ГГц занимает 5-7 тактов. Традиционное решение, основанное на введении сети распределения тактового сигнала, требует много ресурсов и энергии. Например, в микропроцессоре Alpha 40% мощности расходуется на распределение тактового сигнала без скоса фронтов и неравномерностей периодов (МП).

Спектр возможных решений по увеличению пропускной способности подсистемы памяти включает создание кэш-памятей одного или нескольких уровней, а также увеличение пропускной способности интерфейсов между процессором и кэш - памятью и между процессором и основной памятью. Совершенствование интерфейсов реализуется как увеличением пропускной способности шин (путем увеличения частоты работы шины и/или ее ширины), так и введением дополнительных шин, расшивающих конфликты между процессором, кэш-памятью и основной памятью. В этом случае одна шина работает на частоте процессора с кэш-памятью, а вторая - на частоте работы основной памяти.

В настоящее время процессоры могут выполнять до 6 операций за такт. Однако число операций с плавающей запятой в такте будет меньше. Для того чтобы загрузить функциональные исполнительные устройства, используется переименование регистров и предсказание переходов, устраняющие зависимости между командами по данным и управлению. Устоявшихся решений в этой области практически нет, так как каждый микропроцессор демонстрирует изобретательность его создателей по симбиозу аппаратных средств и компилятора для статического и динамического устранения зависимостей между командами. Большое число транзисторов на кристалле делает возможным применить в одном микропроцессоре все известные приемы повышения производительности, сообразуясь только с их совместимостью.

Наряду с увеличением количества арифметико-логических устройств микропроцессора в его структуру вводятся устройства, обеспечивающие дополнительные функциональные возможности, например:

• интегрируются функции по управлению памятью и периферийными устройствами, для исполнения которых в традиционных микропроцессорах используются, так называемые “чип - сеты”. Как правило, чип - сеты разрабатываются самими фирмами, изготовляющими микропроцессоры. Внесение функций чип -сетов внутрь микропроцессора позволяет существенно упростить системные платы компьютеров.

• вводятся блоки обработки мультимедийных данных, ранее использовавшиеся, например, в сигнальных микропроцессорах;

• интегрируются интерфейсы сетевых и телекоммуникационных систем, такие как Ethernet, ATM, FDDI, что позволяет соединять эти микропроцессоры друг с другом и телекоммуникационными и вычислительными сетями без дополнительных адаптеров.

Фактически, наступило время построения микросхем, в которых микропроцессор служит одним из составных элементов (ядер), то есть систем на кристалле.