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CPU的下一步
造成CPU、處理器設計趨勢改變的動力正是「整合」

【作者: 誠君】   2004年12月04日 星期六

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Intel的新晶片開發時程一再地順延,不禁讓人懷疑「摩爾定律」是否已經失效了。過去,CPU的速度是一年比一年快,如今卻在20GHz處「摔了個觔斗」。即使Intel完成了超高速的新款CPU,是否就能贏得市場呢?這從Intel最近決定終止LCOS晶片的開發,並改變策略,與Motorola…等公司一樣,採取以「多個CPU核心」取代「單一CPU核心」的設計思維,這似乎顯示了CPU或處理器的設計趨勢已經開始轉變了。


由於PC市場的飽和,迫使Intel和其它晶片設計公司必須尋找新的發展方向。通訊和消費性電子產品是他們期望能參予的兩大市場。可是,這兩個市場比PC市場複雜許多,因為並不是光擁有CPU技術就能夠在這兩個市場立足的。


目前也有人不看好「系統級單晶片(SoC)」的未來。他們認為SoC的技術門檻太高,縱使採用奈米製程,也會導致售價遠遠超過市場能夠接受的程度。試想當客戶具有容量很大、價格低廉的DRAM時,他們是不會想再去買一顆內建有6排DRAM的SoC的。


不過,造成CPU、處理器的設計趨勢改變的動力,正是「整合」。在數位式機上盒(digital set-top box)和LCD螢幕裡面已經快只剩下一顆處理器和少數元件了。這類處理器整合了訊號處理器或協同處理器;甚至具有數個CPU核心。例如:Cisco的新款路由器,在它的處理器裡面共有176個CPU。因此,如何將不同功能的CPU或處理器組合在一起,並且在成本、性能、速度、時間…等因素上,取得市場的認同,將是業者的一大挑戰。同時,為了提供這樣的不同功能,個別的CPU或處理器核心將會被陸續開發出來,以滿足不同的應用市場。


整合的結果,最怕大多數的功能是客戶不要的。假設一顆SoC具有20個功能,對大多數客戶而言,他們很喜歡這些功能。不過,無法避免的,就是會存在一部份的客戶,會挑剔或不喜歡或不要部份的功能。因此,提高整合的效率,並採取客製化的流程,避免資源的重複與浪費,是最重要的。


雖然,不是所有的系統都能夠做細部的區分,以訂定出標準的規格來;而且總是會有一些特殊的功能,不是市場通用的。不過,利用EDA工具的「抽象(abstraction)」技術,是可以提高SoC設計的靈活度的。


最近幾年,機頂盒、MP3播放機等嵌入式產品都有很大的成長,這表示嵌入式系統將是後PC時代的新希望。不過,這種消費性電子產品的成本不能太高,而且,它們的生命週期都不會很長。為了滿足此不斷變化的市場需求,晶片業者必須能預先開發出以演算法為主體的功能,然後像堆積木一樣,依照客戶的需求去組合和構築。速度可能不再是最重要的考量;尤其是當為了提高速度,反而導致成本的大幅增加時。


過去,半導體業界太過專注於將矽晶結構最小化、奈米化,如今似乎要轉過頭來注意晶片內的演算法到底能支援多少個功能。就消費性電子產品而言,功能更好、價格更便宜,處理速度更快,更能讓人心動。


設計嵌入式系統不比設計超級電腦,因為前者的處理速度是無法與後者媲美的。不過,超級電腦的平行運算作業,已經被運用到嵌入式處理器裡面來了。「可重新設置(reconfigurable)」的功能,更為嵌入式軟體的設計問題提供了解決方案。不管硬體、軟體或演算法設計者,都必須具有平行運算的觀念,不能再依賴傳統的序列式(sequential)作業了。


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