Mobil cihazlarda CISC tabanlı SoC Design'a giriş

Daha yüksek performans için sürekli talep, uzun batarya hayatı ve akıllı telefonlarda daha küçük form faktörleri, tabletler ve giyilebilirler, X86 öğretim mimarisi tarafından (ISA) tasarıma ciddi olarak önem veriyor.Bu makale, CISC tabanlı SoC tasarımlarına dayanıyor.

CISC Mimarisini Anlamak

CISC veya Kompleksi Öğretim Hesaplaması Set, tek bir öğretimin birden düşük seviyeli işlemleri gerçekleştirebileceği bir tasarım felsefesidir - hafıza erişimi, arithmetic ve koşul kontrolü gibi - bir adım. Bu yaklaşım RISC ile baskın hale geldi, bu tipik olarak bir saat döngüsünde sabit uzunlukta talimatlar. CISC felsefesi kökleri 1970'lere kadar hafıza erişimini izler ve IBM System/370 ve daha sonra Intel'in x86 gibi.

CISC'nin Anahtar Özellikleri

  • [FONT:0]Variable-uzun talimatları:), CISC talimatları, karmaşık operasyonların yaygınlaşmasına izin veren 15 kişiden 15'e kadar değişir.
  • [FONT=0)Mikrocode uygulaması:[Dönetici:[Dönetici:0) Mikro kodlu bir dizi tarafından sık sık sık mikro-işlem talimatlarına kırılır, uygulama donanımını basitleştirir.
  • [FONT:0)Rich modları ele alır:[Dönetici] Yük mağazası, kayıt-memory ve hafıza-memory işlemleri belirli bir algoritma için gerekli talimatların sayısını azaltır.
  • [FONT:0)Backward uyumluluk:[Dönetici:[Dönetici:0)[[Dönetici:0)[değiştir | kaynağı değiştir] CISC mimarisi, özellikle x86, on milyonlarca ikili uyumluluk, kiralama yazılım göçü.

Mobil bağlamda, bu özellikler [FONTDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Mobil Cihazlarda CISC tabanlı SoC'nin Faydaları

Yüksek Öğretim Ikyok

CISC'nin tek bir talimatda karmaşık işlemleri gerçekleştirme yeteneği, kod yoğunluğunu dramatik bir şekilde geliştirir. Örneğin, x86 komutunu aşağıdaki gibi birleştirir:0) x86 kodu aynı zamanda x-50% aynı üst düzey bir kullanım için eşdeğer bir ARM koduna sahip olabilir.

Daha az Talimatlar aracılığıyla güç tüketimi azaltıldı

Kompatör boru hattında doğrudan geçiş aktivitesini yürütmek için daha az talimatlar, önbellek kaçırılır ve dış hafıza erişimi için her nanojoule kaydedilen sayılar. CISC'nin operasyonlarını bir araya getirme yeteneği de, enerji kullanımını daha da azaltır. Ancak, bu avantaj tamamen kodlanmış durumda.

Verimli Kod Uyumluluk ve Yazılım Ekosistemi

x86 ekosistemi, masaüstü uygulamaları, miras işletme kodu ve mevcut binerlerin ticari veya verimlilik kullanım vakalarını hedef alan mobil cihazlar için (örneğin, 2in-1 dizüstü bilgisayarlar, sağlamlaştırılmış tabletler), CISC uyumluluk, Windows, Linux ve mirasın gerçekleştirilmesine izin verir. Intel'in Atom ve Core M serisi bu avantajı Ultrakitaplar ve phablets gibi mobil ürün kategorilerinde kullanır.

CISC Mobile SoCs için Teknik Tasarım

Bir CISC tabanlı SoC mobil için tasarım, güç, performans ve alan (PPA) aşağıdaki alt bölümler, temel mimari kararlarına dikkat çekmek gerekir.

Mikroarite ve Öğretim Dekoding

Modern CISC işlemcileri x86 talimatlarını iç mikro-işlemlere (μops) sert tecodeer ve mikrocode ROM'un bir kombinasyonunu kullanarak tercüme eder. Mobile SoCs için, decode motorun olması gerekir.QUVT:0) güç verimli), ancak durmaksızın değişken uzunlukta talimatları ele geçirebilmeli.

  • Pre-decode caching (öğrenme sınırları ve μop ipuçları)
  • Macro-füzyon (ortalama ortak öğretim çiftleri tek bir μop)
  • Micro-op önbellek (Sıcak kod yolları için gecikmeyi azaltın)

Dinamik gücü azaltmak için kullanılır. Intel'in Gümüşmont ve Goldmont çekirdeği, Atom SoC'lerde kullanılan sofistike güçlendiricileri içerir, x86 uyumluluğunu sürdürürken gelişmiş güçlendiricileri içerir.

Borulining and Out-of-Order Execution

Derin boru hatları ve dış sipariş (OoO) infazı performans artırabilir, ancak güç artırılabilir. Mobil, tasarımcılar orta boru derinliğini kabul eder (12-16 aşama) ve seçici OoO motorlar düşük yük koşulları sırasında enerji tasarrufu sağlamak için temel düzeyde entegre edilir.

Memory Hierarchy ve Band Wide Optimizasyon

CISC'nin karmaşık adresi modları önbellek ve bellek alt sistemi stres eder. Mobile SoCs çok seviyeli önbellekli hierarşiler (L1/L2/L3) agresif önfet ve yazma-kombining buffers ile güç içerir.In-çim interconnect hem CPU hem de entegre GPU'dan yüksek bant genişliği ele almalıdır (örneğin bir CISC SoC, birleşik hafıza alt sistemleri kullanarak güçlü bir bellek alt sistemi içerir).

Özelleştirilmiş Hızlandırıcıların entegrasyonu

Modern bir CISC tabanlı mobil SoC, CPU çekirdeğinin yanında sayısız sabit işlevli bloklar birleştirir: görüntü sinyal işlemcileri (ISP), sinir işleme birimleri (NPU), ses DSPs ve güvenlik iş ortakları. Bu hızlandırıcılar genel amaçlı x86 çekirdeklerinden daha verimli bir şekilde çalışır.

CISC Mobile SoCs için tasarım meydanları

Avantajlarına rağmen, CISC tabanlı mobil SoCs birkaç önemli engelle karşı karşıyadır.

Artan Tasarım Kompleksi ve Silikon Alanı

x86 Öğretim decoder ve mikrocode serisi önemli bir ölü alanı işgal ediyor - temel alanın% 15–25'i karşılaştırıyor. Mobile SoCs, tüm ölü için katı alan bütçeleri var (toplam <100 mm2). Advanced FinFET süreçleri değişkenleri özelliğinin boyutunu küçültmeye yardımcı oluyor, ancak CISC decoding limitlerinin yaklaşık% 15–25'i eşdeğer performansların RISC çekirdeklerine kıyasla.

Saat Hız Sınırları

Kompleks mikroarşikler, aşırı güç olmadan yüksek saat hızlarını elde etmek için daha zor hale getirir. RISC tasarımları genellikle daha basit mantık nedeniyle aynı gerilimde daha yüksek frekanslara kadar uzanır. Mobile CISC SoC genellikle 2.5-3.0 GHz'in üst frekanslarında çalışırken, yüksek uç RISC mobil işlemciler (e.g., Apple'ın M-e) verimliliklerini korurken performans temellerinde 3.5 GHz'i geçebilir.

Termal Yönetim ve Sustained Performans

İnce bir akıllı telefonda, termal dağıtım 2-5W'ye kadar sınırlıdır. CISC çekirdeği, optimize edildiğinde bile, RISC çekirdeklerinden daha yüksek dinamik güce sahip olma eğilimindedir. Bu necessitates agresif throttling, bu da patlama iş yükleri için performansı azaltabilir.

Yazılım Fragmentasyon ve Emulation Overhead

x86 uyumluluğu bir avantaj olsa da, mobil yazılım ekosistemi (Android, iOS) bunu azaltmak için ağır bir şekilde optimize edilmiştir, ancak x86 mobil SoC'de ARM için tasarlanmış olan Android uygulamaları yaygın bir kabul için kalır.

Gelişmiş Teknikler aracılığıyla Güç ve Performansa İlişkin

Mühendisler, mobilde CISC rekabetçi hale getirmek için bir yöntem geliştirdiler.

Gelişmiş Fabrication Processes

Son FinFET düğümlerini kullanarak (7nm, 5nm, 3nm) sızıntı ve dinamik gücü azaltır. Intel'in 10nm ve 7nm süreçleri daha düşük gerilimle geçiş yapan daha küçük transistörlere izin verir, doğrudan CISC SoC'ye geçiş yapın.

Dinamik gerilim ve Frekans Scaling (DVFS)

Modern mobil SoCs, mikrosaniyelerde gerilim ayarlamak için iyi ölçeklenmiş DVFS'yi, yüzlerce gerilim ve frekans noktası ile uygular. PMU performans karşılarını, termal sensörleri kullanır ve mikrosaniyelerde gerilim ayarlama tahminlerini sağlar.Bu, CISC çekirdeğinin belirli bir performans gereksinimi için en düşük güç seviyesinde çalışmasını sağlar.

Güç Gating ve Saat Gating

Pervasktif güç, kullanılmayan SRAM dizilerini, infaz birimlerini ve hatta boş zaman tüm temelleri ortadan kaldırır. Saat gating prevents toggling of Flip-flops inactive logic.This techniques are especially important for CISC cores, which have larger microcodes and decode logic that otherwise constant.

Heterojen Bilgisayar ve Görev Göçü

Daha küçük verimlilik çekirdeği ile CISC performans temelleri ( Intel'in Alder Gölü'nde ve daha sonra hibrit mimarilerde olduğu gibi) SoC'nin küçük çekirdeklere, tasarruf gücüne geçiş yapmasına izin veriyor. İşletim sistemi programı, temel türlerin doğru ataması için farkında olmalıdır.Bu büyük.LITTLE-inspired tasarım şimdi Intel ve AMD'den CISC SoC'ye merkezidir.

Öğretim Set Optimizasyonları

Mikroarizal-profeksiyon-profeksiyon, mikro-op füzyon ve daha geniş uygulama limanları gibi, CISC işlemcilerinin belirli iş yükleri için daha fazla talimat almalarına izin verir.

CISC Mobile SoCss'in Gerçek Dünya Uygulamaları

Intel Atom ve Core M Serisi

Intel'in Atom ailesi (Silvermont, Goldmont, Tremont) ve Core M Y-IR305 [FLT] gibi düşük güç mobil cihazlar için özel olarak tasarlanmıştır. (Alder Lake-N) paketler 8 Gracemont verimlilik çekirdeği, Intel HD Graphics ile birlikte, bir bellek kontrolörü ve ben / O arabirimleri tek bir ölü performans için hazır hale getirir.

AMD'nin Ryzen gömülü ve Mobile APUs

AMD'nin “Zen” mikroaritecture, Ryzen Mobile işlemcilerinde kullanılan, yüksek performanslı Radeon grafikleri ile güçlü x86 çekirdeği birleştiren modern bir CISC tasarımıdır.The Zen 4C core (Phoenix) olağanüstü güç verimliliği çipleri ve 4nm imalatı ile elde eder.Bu APUs premium dizüstü bilgisayarlarda bulunur ve oyun konsolları [FONTC) ile oyun konsolları[FONTC)[FONTC)

VIA'nın Isaiah II ve Future Prospects

VIA Teknolojileri tarihsel olarak x86 işlemcileri gömülü ve mobil kullanım için üretmiştir. Onların Isaiah II mimarisi (Centaur Teknolojisi) 16nm, 8core tasarım entegre AI hızlandırıcısı ile, x86 uyumluluğu gerektiren AI ve IoT cihazları ile tanıştırmaktadır.

CISC Mobile SoCs için Future Outlook

Mobil SoC manzara hızla gelişiyor ve CISC'nin rolü birkaç trend tarafından şekillendirilecektir.

AI ve Machine Learning Integration

In-device AI ubiquitous, CISC SoCs, NPUs ve vektör uzantıları ile entegre edilmiştir. Intel'surFLT:0)Intel® AI Boost[DDDDDDön Gölü'nde Özel AI motoru) ve AMD'nin XDNA AI mimarisi örnekleridir. Düşük güç hızlandırıcılarının yararlanılması, anahtar farklılaştırıcı olacaktır.

Heterojen Mimarlıklar ve Chiplets

Future mobile SoCs, CISC hesap parçaları ile RISC çekirdeği ile (çok fazla performans için) ve uzman hızlandırıcılar için çok boyutlu bir paket üzerinde çipler kullanacak. Intel'in Foveros 3D yığınlama teknolojisi ve AMD'nin çipleri yaklaşımı, karıştırma işlemine izin verecek, CISC çekirdeklerini yüksek performanslı bir düğümde inşa edecek ve hızlandırıcılar daha ucuz, düşük güç düğümleri kullanmıyor.

RISC-V Yarışma ve CISC Adaptation

RISC-V'nin açık bir ISA olarak yükselişi uzun vadeli bir tehdit oluşturuyor, ancak CISC'nin geniş yazılım ekosistemi, rekabetçi kalmak için, CISC mimarları RISC'den fikir ödünç almaya devam edecek (örneğin, daha basit ön-end, makro-op füzyon)

Güç Verimliliği Yolu

Endüstri yol haritası (IRDS, IEEE) 2030 yılına kadar mobil SoC'ler 50-100 GFLOPS / W. CISC tasarımları, RISC ile ultra-fine-grain güç alanlarını, adaptif vücut önyargısını ve hafif iş yüklerini aşacaklarını tahmin ediyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

CISC tabanlı SoC mobil cihazlar için tasarım henüz dinamik olarak gelişen bir alandır. RISC mimarisi akıllı telefon pazarına hükmedirken, CISC, kod yoğunluğu, yazılım uyumluluğu ve multi-core ile verimlilik odaklı mobil cihazlar için iletişim kurmak için tasarlanmıştır.Incoming challenges in power, area, and term management requires advanced microarchitectural techniques, leading-edge Production, and smart integration of schedulings. as the lines between masaüstü, dizüstü bilgisayar, and tablet bulanık, and CISC will go to play a important role in mobile SoC scene, and heat.

Daha fazla okuma için, ESRAT:0)CISC Wikipedia'ya genel bakış), [[Intel Atom işlemcileri[Döneticiler[Döneticiler) ve alginç mimarisinin ayrıntılı bir analizi).