更多的处理器核心更好吗?

直到2000年代早期,每一代的处理器速度,使用更多的异国情调的架构,有更深的管道,使用更多的晶体管,跑在更高的时钟频率和消耗更多的权力。事实上权力上升速度比性能和外推了几代人,处理器将核反应堆一样热。

东西必须改变,改变是多核处理器的迁移。处理器有简单而维持或增长的总计算能力通过添加额外的核心。这对硬件和软件的各个方面产生深远的影响——这一变化不仅改变了复杂性,但放大。事实上,涟漪效应比表面上看起来要大得多。仍在某些方面的影响一样深远的方式实现EDA工具和解决方案用于芯片设计。

半导体工程与许多业内专家找出他们如何应对复杂性负担扔了处理器迁移。

这个行业出现了融合的两个主要应用领域。其中一个是桌面和通用计算。这个区域要求最快的处理器,和主机采用均匀多处理很久以前的事了。“我一直在多处理器系统互连和相干了25年,”说,节奏的家伙。“那些已经设计这类系统有这个噩梦很长一段时间。这不是一个新的噩梦。这是几十年的历史。但是现在,噩梦已经降到1厘米²硅的,所以每个人的噩梦”。

第二个是由手机和智能电视领域。这些异构开始与额外的核心被添加到执行专门的功能。早期的手机CPU和DSP,但所有的重担,基带通信,在DSP上执行。CPU是一个简单的控制器的工作是服务键盘中断,或低分辨率屏幕上显示几个字符。

添加应用程序处理器已经把手机和智能电视到电脑。另一方面,由于权力信封,通用的计算机需要看起来更像soc并开始使用的所有功能集成在单独的设备上。今天他们不仅包括应用程序处理器,但gpu,音频子系统和许多其他功能。

“第一个变化,这种级别的集成的成本效益才意识到如果你共享内存,”解释说,首席技术官超音速。“在那之前,每个人都有自己的本地内存,经常涉及到外部存储器芯片。PCB是居住着大量的离散记忆部分支持独立的子系统。当你把它们放在一起需要太多的针的内存接口。你只得到这些资源池的成本效益,能够分享他们。这给了我们更多动态随机存取记忆体能力但现在我们跑出比特每秒。吞吐量成为新问题。”

行软件的总数量是如此之大,有一个愿意把额外的功能硬件来降低软件开发的成本。“过去,每个子系统内存区域是私营的,所以没有必要让寻址方案一致或不使这些要求对主机操作系统可见,“Wingard解释道。“他们也不需要虚拟内存。所有这些墙正在下降。”

加快内存访问的主要方式是建立一个缓存。这是相当简单的一个处理器,但只要多核存在时,所使用的编程模型需要内存一致性。“人们已经做了大量的共享内存编程,“再生草说:“和已经开发出硬件特性,使这种相对有效,如缓存一致性。虽然缓存是更有效的比芯片外常见的副本,这是一个有意义的开销。”

延伸到这个开销验证的任务。“缓存一致性验证是一个巨大的问题,”Michael Sanie说验证营销高级总监Synopsys对此。

Pranav莎,首席技术官真正的意图补充说,“多核系统被设计成使用大量的带宽支持并行性,但他们继续阴险latency-traps。缓存和内存访问延迟是两个经常遇到的例子。”

在最近的解码正式的事件,罗伯特•Kurshan最近退休的正式专家从节奏,提供的一个示例系统中复杂性如何导致人们验证错误的事情,可能会导致灾难性的后果。“记忆一致性更高的生活,更抽象的水平比缓存一致性,因此你可以更快地找到更多如果你寻求验证内存一致性。”他解释了英特尔几乎错过了五常缓存问题因为这个错误集中验证方法。”实际上是一个缺陷的方式回写了也没有找到因为他们已经验证缓存协议。他们没有想到回写式的竞态条件可能已经创建了一个问题。”

添加复杂性是另一方面的问题电源管理。虽然力量推翻了统治单一核心问题,现在的问题已经成为一个全球芯片问题。“电源管理架构已经成为设计的一个关键方面,”副总裁Aveek Sarkar说Ansys-Apache。“你使用时钟门控或功率控制关闭未使用的核心,你有电压调节器来控制他们。“但它不仅仅是控制权力集中的方式。这个问题扩散到其他地区的设计流程。“如果你力量门,你门在一个分布式的方式或洒盖茨整个块,你把它们绕着街区吗?这个控制几个架构决策和核心数量的增加你的力量控制架构的变化。”

这导致了额外的工具和方法被添加到设计流程。“系统功能可以被映射到一个低端处理器硬件加速器,或多个高性能处理器,”乔恩·麦克唐纳说,战略规划经理导师图形。“每个设计可能会提供相同级别的性能,但这两种方法的成本和灵活性是截然不同的。“世界的硬件和软件以及它们之间的权衡现在一个重要的发展问题。

“许多相关的性能特性非常依赖于软件工作量,“说基因物质,副总裁Docea权力。“EDA工具发展提供动态复杂的用例模拟soc不仅估计性能/任务消耗功率和热行为。大多数系统设计热有限,所以热管理算法可以建模考虑功率和性能权衡。”

权力是一种将硬件和软件团队联系在一起的问题。“电源管理软件调试是成为一个相当重要的问题,这是一个领域虚拟样机有非常重要的影响,”约翰内斯·斯特尔说,在Synopsys对此虚拟样机产品营销主管。“在移动应用程序,你将看到设计,300年到400年权力岛屿。的验证,这是一个巨大的挑战。虽然人们现在已经处理了一段时间,有很多的问题,比如如何连接这些呢?在体系结构上连接它们的公司并没有那么困难,但在RTL,很多事情可能出错。”

“考虑两个核心旁边,”Sarkar说。“一个核心操作,另一个是关闭。你需要之后第二个核心和监管机构已将大量的电流。造成噪音的芯片可以电容和电感两相邻的块和崩溃他们供应铁路。”

高级营销副总裁鲍勃·史密斯和业务发展Uniquify增加了另一个领域增加了复杂性。“随着处理器芯片上,‘聪明’互连需求正在增长。一个智能内存控制器不能完全负责保证访问方法的理论最大带宽内存。使用多个处理器使多个并发请求内存系统互连需要发挥作用,以确保内存带宽不是残废。”

首席技术官碳设计系统指出“虽然可能一阶了解互连的性能通过使用交通发电机和VIP卡,唯一真正理解系统行为的方法是执行系统的软件。数据可以跨多个运行可视化分析的影响各种系统配置和软件更改。”

这是没有简单的任务。“你可以建造世界上最好的硬件和软件,但是如果过程是互相争斗,一切开始下降的时候,”伯纳德·墨菲说,首席技术官Atrenta。“这是管理硬件和软件团队之间的协作,理解可能的用例模型。”墨菲说,电源管理和安全都是进入合作。“当前的焦点在硬件证明安全稳健性作为可信执行环境(t),这是一个必要而非充分条件。”

哼哼Hingarh,负责工程的副总裁突触的设计也看到了网络的许多设计问题聚集的地方。“设计节能的方法对各种网络芯片(NoC)领域,如路由算法,缓冲和buffer-less路由器体系结构、容错、切换技术、电压岛和电压频率缩放的NoC性能有很大的影响。因此,NoC的路由算法的优化是提高的关键问题NoC性能和减少能源消耗。”

“现代SoC的主要限制增长是这些系统的验证,”David Kelf声称负责营销的副总裁OneSpin解决方案。“目前互连解决方案允许分层方法关键的系统测试,验证功能验证的IP块导致只有一个集成测试在SoC水平。这种方法是绝对依赖于验证互连本身,这反过来,依赖于互连解决方案。”

墨菲没有互连进行简单验证。“总的来说,验证复杂性越来越难在互连。你必须不只是担心交通管理、性能、QoS等,但也各分区的正常工作模式,当不同的主人或奴隶是运行在不同的电压/频率域或断电,或在这些领域之间的过渡”。

添加多个应用程序核心的影响有着深远影响的每一个方面的硬件和软件设计和验证流程。如果一个可以测量总系统复杂性的增加引起的这一建筑的变化,它可能矮每个其他集成电路的发展变化。

“作为一个规则,当你正在设计硬件或软件允许更多的事情发生在相同的时间,你不是简化验证问题,”观察莎。这可能是确定了。