HPC相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

隨著無線通信和芯片技術(shù)的快速發(fā)展，HPC(手持電腦、掌上電腦)等微型個(gè)人數(shù)字設(shè)備的發(fā)展日新月異。現(xiàn)階段各種HPC的功能基本都趨于相同，那么下階段HPC會(huì)在哪些方面有所創(chuàng)新和突破呢？本文作者將結(jié)合正在從事的HPC開發(fā)項(xiàng)目對此問題做一探討，并介紹與HPC發(fā)展緊密聯(lián)系的幾項(xiàng)新技術(shù)。
1 CPU主頻速度的快速提高和高度集成化
　　針對各種手持?jǐn)?shù)字設(shè)備的需求，各個(gè)半導(dǎo)體芯片廠商都投入了很大的力量研發(fā)和生產(chǎn)適用于這些設(shè)備的CPU及協(xié)處理器芯片。用于手持設(shè)備的處理器必須高度緊湊、低功耗、低成本。為了充分縮小掌上電腦的尺寸，廠商甚至把少量存儲(chǔ)器和I／O端口也一并集成到芯片中。
　　大家熟悉的大多數(shù)臺(tái)式PC都是使用CISC微處理器，如Intel的x86和Motorola的68000家族，它們都使用了復(fù)雜的指令集，包括了所有數(shù)學(xué)指令，如Add、Sub、Mul、Div等。這些指令中的一些經(jīng)常使用，另一些用得極少，但CISC處理器將處理全部的指令集。而掌上電腦使用的是RISC處理器。RISC處理器精簡了指令，使得它可以運(yùn)行得更快。RISC只有數(shù)學(xué)指令的子集，也就是說，可能只有Add和Sub。這并不是說它就不能執(zhí)行乘除，它是采用一組簡單而快速的指令來完成同樣工作，例如，乘法可以是基于多次加法，而除法也相當(dāng)于多次減法。RISC芯片同樣主頻下能執(zhí)行的指令比CISC芯片快得多，并且也更廉價(jià)。RISC結(jié)構(gòu)體系有兩大主流：Silicon Graphics公司(硅谷圖形公司)的MIPS技術(shù)，ARM公司的Advanced RISC Machines技術(shù)。此外Hitachi(日立公司)也有自己的一套R(shí)ISC技術(shù)SuperH。不過，MIPS技術(shù)毫無疑問是領(lǐng)先者，領(lǐng)先Hitachi，同時(shí)市場份額是ARM的四倍。

這些芯片的速度越來越快、功能也越來越多。接下來，NEC VR系列將會(huì)達(dá)到168MHz，Intel最新的StrongARM將沖刺600MHz，Hitachi將在2000年第四季投產(chǎn)SH5(400MHz／714MIPS／600mW)?？梢灶A(yù)見，到2001年中，150MHz到200MHz的掌上電腦的處理器將只是最普遍的檔次，并且芯片上的Cache容量會(huì)翻倍，如表1。以英特爾公司的StrongArm系列為例，現(xiàn)在其最高主頻已經(jīng)達(dá)到了206MHz。通過利用高性能的微結(jié)構(gòu)，先進(jìn)的CMOS工藝技術(shù)和大容量的片上存儲(chǔ)Cache，在MIPS／mW指標(biāo)上已經(jīng)處在了領(lǐng)先地位，從而使得移動(dòng)設(shè)備可以利用操作系統(tǒng)和強(qiáng)化性能的應(yīng)用程序提供更快的響應(yīng)，包括語音和手寫體識(shí)別，軟件MODEM和更有效的JAVA解釋。通過低電壓工藝技術(shù)優(yōu)化了電源利用率，具有提供低功耗高性能的獨(dú)特能力。與之相應(yīng)的協(xié)處理器集成了SSP串行數(shù)據(jù)接口、USB主控制器，與AC－link和I2S音頻編解碼器的串行接口，PCMCIA卡和CF卡接口以及多個(gè)附加的I／O接口，并提供了一個(gè)專用內(nèi)存控制器能降低系統(tǒng)帶寬需求，提供如此眾多的手持應(yīng)用的關(guān)鍵I／O功能，最大限度地提高了系統(tǒng)的總體性能。
　　以上述處理器芯片為主，添加必要的外圍電路并配合相應(yīng)的少量外設(shè)，就可以非常方便地設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大的HPC產(chǎn)品。我們設(shè)計(jì)的基本硬件構(gòu)成框圖如圖1所示。該框圖是一個(gè)HPC的全方位解決方案。對其外圍電路進(jìn)行修改，就可以設(shè)計(jì)出針對不同要求，提供不同功能，處于不同價(jià)位的各款數(shù)字終端產(chǎn)品。

2 HPC中集成無線收發(fā)模塊并接入WAP服務(wù)
　　應(yīng)該說，在掌上電腦中加入無線收發(fā)模塊將是大勢所趨，也是HPC發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段的標(biāo)志?？梢哉f，哪個(gè)生產(chǎn)廠家能率先在這方面取得突破，誰就能在HPC上取得先機(jī)，占領(lǐng)市場。目前絕大部分的掌上電腦都不具有無線收發(fā)模塊，需要連接電話線或手機(jī)才能接入網(wǎng)絡(luò)，瀏覽信息。即使是一些帶有無線模塊的手持設(shè)備，如摩托羅拉的寶典828掌中網(wǎng)機(jī)，也只可以進(jìn)行單向的無線接收。參照GSM手機(jī)的設(shè)計(jì)，我們可以在掌上電腦中集成無線收發(fā)模塊，其初步方案如圖2所示。用戶能通過掌上電腦連接到GSM移動(dòng)電話網(wǎng)，再接入到Internet上，真正實(shí)現(xiàn)帶有移動(dòng)通信功能的掌上電腦。掌上電腦要求小型化、省電、高可靠性，所以無線模塊部分的芯片需采用專用集成電路。這里面還要考慮到電磁干擾的屏蔽和硬件電路的小型化?，F(xiàn)在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。如果加入了無線收發(fā)模塊后，我們就可以利用原有的音頻編解碼電路和無線模塊連接起來，提供類似手機(jī)的無線語音通信功能，撥號(hào)可以通過觸摸屏來完成。設(shè)計(jì)方案如圖2所示。