多核趋势 — 嵌入式产品市场的助推剂

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    创业发展公司(Venture Development Corporation)与In-Stat公司的高级分析家专访

     

    作者:Cheryl Ajluni

     

    随着越来越多的工程师计划在未来几年采用多核处理器架构,业界也对嵌入式多核平台这一趋势给予了极大关注。目前的情况依然如此吗?嵌入式软硬件系统在近期的具体“宏观”趋势又如何呢?为了解答上述及其它相关问题,最近我专程采访了Mat t Volckmann和Tom Halfhill先生,请他们二位就嵌入式系统市场的新兴趋势谈一谈他们个人的看法。通过电子邮件交流我们谈到了有关各种重要市场趋势的见解,包括多核平台和Electronics System Level工具(ESL)的使用,以及功耗和定制ASIC选择。我们讨论的重点如下:

     

    问:多核平台仍然是今年的热点吗?[Matt]:记得上次我们在与英特尔??嵌入式产品的工作人员谈论这个话题时,多核技术的普及率还很有限,但是此类产品在未来项目中推广采用的趋势已经初露端倪。从那时起,我们就开始对此问题进行了几次最终用户调查,结果发现人们对多核技术的兴趣和预期采用率有了明显的提高。最让我们惊讶的不仅仅是当前采用水平的变化,而是涌现出了越来越多的工程师准备在未来项目中使用多核处理器。

     

    我们分别于2007年年2月和3月进行的ESL调查显示,12.5%的受访者(从事硬件、系统、和软件工程等不同工作性质)都在当前进行的项目上使用了多核技术。最令人震撼的是,竟有超过36%的受访者相信自己会在未来2年内使用某种形式的多核处理技术。显然,与我们2006年调查时低于15%的标准进行对照,公众的态度发生了明显的转变。当然,这些数字也显示了多核技术知名度的提高,以及多核规划的迅猛增加。但是,它的实际采用率能否与预期趋势相符还有待进一步观察。

     

    当然,英特尔等公司在嵌入式市场中对多核远景的大力宣传(个人计算和企业计算市场中的扩展活动)对提高其知名度产生了重要影响。但是,这种宣传只是更广阔的多核技术远景的一部分,其规划蓝图包括支持同类以及异类内核设计的创意等更多内容。我们从广泛的分析可以看出,认识到采用各种潜在架构对多核系统的影响是非常重要的。

     

    英特尔??奔腾??双核处理器E2160经过英特尔?? Q35 Express和英特尔?? Q965 Express芯片组的验证。英特尔?? Q35 Express芯片组平台在空闲和以最大功率运行的状态下均可显著降低功耗,成为嵌入式应用实现高性能、低散热量的理想选择。

     

    [Tom]:由于功耗和散热将通过传统的时钟频率扩充继续限制吞吐率的提升。因此,此时采用多核处理器将是大幅提升性能的唯一途径。但令人遗憾的是,一些设计师还没有体会到这一事实,而另一些则抵制这一趋势,因为设计多核处理器和编写软件对他们而言可谓难上加难。然而,当单核领域碰壁之后,出于各种原因又不能使用多核处理器,这些都将导致性能无法实现显著提升。因此,我们可以说多核才是未来的发展方向。

     

    许多人都没有意识到嵌入式处理器正在引领多核集成的大步迈进。当电脑微处理器通过在一个芯片上集成2枚或4枚处理器内核而夺人耳目时,《微处理器报道(Microprocessor Report)》已经报道了嵌入式处理器可在一个芯片上整合成百甚至上千枚内核的消息。这些大规模并行芯片不仅仅是像英特尔在2007年年初所展示的80枚内核芯片原型的实验室试验那样,而是已经投产并即将发运的拥有数十或数百枚内核的嵌入式处理器。再来反观那些质疑多核集成趋势的人们,他们显然没有跟上市场发展的步伐。

     

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    图1.按创业发展公司定义的ESL市场划分图

     

    问:总结2007年的“宏观”趋势以及2008年的展望具体如何?业内又进行了哪些工作来尝试并应对这些趋势?

     

    [Matt]:可以说,在2007年,嵌入式系统市场的各项工程设计领域(如嵌入式软硬件)都发生了很多有趣的变化。例如,在系统工程设计领域中,为了支持项目团队在更短的时间内构建更复杂的设备,并且控制开发成本的期望,一项最重要的因素就是继续关注支持早期软件的开发和验证/测试。

     

    当然,人们对软件的日益关注并不一定意味着硬件设计在嵌入式系统工程设计流程中已不太重要。相反,我们有理由相信,略显复杂的硬件设计和描述方法对于改进软件工程设计能力来说,起着至关重要的作用。当然,ESL还有助于在嵌入式系统开发中实现这一目标。它旨在一个更为完善的总体系统模式(抽象率更高)下,统一众多类型各异、内容复杂的软硬件工程设计任务,从而提高设计和验证效率。

     

    [Tom]:功耗仍然是一个关键问题,并且也是多核集成,以及满足更高处理效率要求等其它因素的主要推动力。开发定制ASIC的替代选择作为另一项持续的趋势,它对于几近最大数量的应用而言正变得越来越昂贵。随着FPGA价格的降低,它们将逐渐作为ASIC的替代产品被广泛采用。值得注意的是,ARM首次专门面向FPGA授权了可同步。

     

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    图2.创业发展公司预测虚拟原型制作方法在未来两年内的使用量增长预测

     

    化的嵌入式处理器内核。此外,在《微处理器报道》中我们还看到了全新的选择,如Atmel的可定制Atmel处理器(CAP)就将门级编程能力与单一芯片上的微控制器功能结合了起来。嵌入式系统设计师在实现从ASIC到FPGA之间还需要更多的选择。

     

    问:什么是ESL (Electronics System Level)?它对业界有何意义?

     

    [Matt]:去年,VDC对ESL进行了深入的研究,希望在主要EDA、ESL和嵌入式软件公司的帮助下为该领域制定出统一的定义。在定义ESL的过程中,我们感到区别ESL设计工具和系统级设计工具非常重要,因为我们认为ESL解决方案在最终支持系统级设计的众多技术中位于中心位置。我们面临的另一项挑战便是ESL工具在实际中可在至少3个级别上进行潜在定义:

     

    以更高的抽象水平设计/验证IC/SoC硬件。

     

    IC/SoC内硬件/软件网元的设计和验证,不受抽象水平限制。

     

    更完善系统的设计/验证,不仅包括IC/SoC,还有多个芯片、主板和其它与完整的计算设备、网络或计算环境相关的系统网元。

     

    根据研究,我们将这些概念的元素结合在一起,创建出了ESL工具的工作定义:一种有助于创建、组装、模拟、测试/验证软件中建模的硬件和系统设计的工具,其抽象水平高于各种寄存器传输级别(RTL),或者采用更加全面的地址系统级别设计/验证和软件交互方式(请参见图1)。

     

    无论空间如何定义,ESL工具的成功最终都将取决于客户是否采用更加先进的方法。越来越多的迹象显示,ESL方法的采用率,以及人们对其的兴趣仍在持续上涨,尤其是在半导体行业中,由于业内的公司大都希望确保其最新技术能够获得成功,因而对此更是大加青睐。在这里,ESL就被视为一种支持客户成功使用半导体公司物理芯片、IP及其它产品的方法。

     

    此外还有证据显示,虚拟系统原型制作和ESL市场模拟领域也呈现出增长态势。这一领域被定义为支持以高抽象水平建模的硬件/系统设计创建、组装和模拟,并提供足以支持高效软件开发和调试的模拟速度的工具。这些势必会引发众多挑战;但是,此类工具在市场中的发展还要受到几大市场因素的驱动,其中包括人们对使用虚拟硬件原型制作,以及更倾向于与更传统的物理方法相结合的态度(请参见图2)。

     

    问:您认为在多核平台趋势以及您所提到的其它趋势之间,是否有交集的空间?

     

    [Mat t ]:是的。向多核技术的快速移植显然提高了软硬件设计和验证的难度。而由此所产生的挑战也正是许多ESL工具试图解决的问题。因此,采用多核架构和ESL工具的步伐之间的联系便非常紧密。

     

    ESL市场的快速发展最终将依靠客户对全新解决方案的真正需求,以及人们对“单纯依靠更多传统方法是不够的”这一观念的广泛认可。因此,系统工程设计流程中更高的复杂性才是ESL增长的潜在驱动力。

     

    [Tom]:是的,这决对是有关系的。个人计算和消费电子的普遍趋势旨在提供更出色的移动性,这就需要更低的功耗来支持更耐久的电池使用时间。同时,这些移动产品(如移动电话、笔记本电脑、超移动电脑和数码相机等)还需要更高的处理能力来支持更多功能。如果仅单纯地加快时钟速度并不会起到很明显的作用,因此设计师必须采用多核芯片和更有效的处理技术来解决这些问题。反过来,这些决策又将迫使设计师重新思考其软件设计方案。尽管这是一条艰难的道路。但是从目前来看,我们别无选择

     

    Matt Volckmann是创业发展公司(VDC)嵌入式软件实践部门的高级分析家兼计划经理(www.vdc-corp.com)。

     

    Tom R. Halfhill是In-Stat(美国瑞德商务资讯公司Reed Business Information U.S.)的《微处理器报道》的高级分析家(www.instat. com)。