處理器技術推動者易位 車用SoC最先進

在今年度的國際固態(tài)電路會議(ISSCC 2016)上，有兩款車用系統(tǒng)單晶片(SoC)成為數(shù)位處理器議程中最有趣、最大膽創(chuàng)新的晶片技術展示;它們比分別由聯(lián)發(fā)科(MediaTek)與AMD所發(fā)表的最新智慧型手機與PC處理器內(nèi)含更多核心、采用更激進的制程技術。

那兩款車用晶片是瑞薩(Renesas)設計、采用16nm FinFET制程，其中之一是符合ISO26262標準、內(nèi)含8顆ARM v8核心、2顆ARM R7核心以及3顆Imagination繪圖處理(GPU)核心的車用安全晶片;另一款則是針對車用資通訊娛樂系統(tǒng)與駕駛輔助系統(tǒng)應用的視訊處理器晶片，采用了6種不同類型的17顆視訊處理器。

“在過去，技術推動者是智慧型手機應用處理器，但情況已經(jīng)改變了;”參與設計上述視訊SoC的瑞薩資深工程師Seiji Mochizuki在接受訪問時表示，有鑒于車用資通訊娛樂系統(tǒng)以及駕駛附注系統(tǒng)的需求：“車用SoC將會需要比智慧型手機處理器高得多的性能，未來的車用處理器必須以最先進的技術來開發(fā)。”

負責車用安全SoC開發(fā)的另一位瑞薩工程師Chikafumi Takahashi補充指出：“這是來自市場的需求，因為我們需要處理大量資料。

瑞薩開發(fā)的車用安全處理器采用16nm制程技術

ISSCC的常客、微處理器分析師David Kanter同意以上觀點，他指出汽車的功率限制并不像手機那么多，而且對晶片的需求快速成長，特別是下一個十年將問世的自動駕駛車輛：“手機市場發(fā)展趨緩，意味著人人都在找下一個大商機;而顯然資料中心領域已經(jīng)是英特爾(Intel)的天下，但汽車領域還有很多能像是Nvidia等廠商取得差異化的機會。”

Kanter指出，汽車也是一個能在單晶片中整合、虛擬化許多功能的成熟應用環(huán)境，可利用如瑞薩所展示、在安全關鍵功能進行個別設計的方法。瑞薩的車用視訊處理器現(xiàn)在已經(jīng)開始提供樣品，不過安全晶片則仍在進行評估。

配備12通道的瑞薩處理器進行高解析度視訊解碼僅耗電197mW

聯(lián)發(fā)科智慧型手機應用處理器內(nèi)含10核心

車用處理器還沒有完全把手機處理器比下去，目前市面上其實只有少數(shù)晶片是采用14/16nm FinFET制程;主要是蘋果(Apple)、三星(Samsung)智慧型手機的應用處理器，還有高通(Qualcomm)的Snapdragon 晶片。

聯(lián)發(fā)科在ISSCC發(fā)表的最新智慧型手機處理器也不落人后，整合了8顆Cortex-A53、2顆A57核心，以及GPU、數(shù)據(jù)機與多媒體子系統(tǒng)。該款晶片采用20nm制程，將處理器核心分成三個叢集;中階的2GHz A53核心叢集占據(jù)獨特的地位，提供比低階的1.4G A53核心叢集高40%的性能，以及比高階2.5 GHz A72核心叢集低40%的耗電。

聯(lián)發(fā)科技術副總Uming Ko表示，因為晶片尺寸小，在手機處理器內(nèi)可以整合多少顆核心并沒有限制：“如果你在超低功耗與高性能之間畫一條直線，沿著它還有足夠的性能點可以讓你繼續(xù)找到添加夠多核心的效益。”

聯(lián)發(fā)科以20nm制程生產(chǎn)的應用處理器已經(jīng)開始出貨

AMD的工程師則展示了讓其PC 處理器Carrizo性能提升15%的聰明方法──僅透過簡單地提供更積極的電源管理技術到該28nm制程設計中。該Bristol Ridge平臺設計，是利用電源管理方案來克服與發(fā)熱、電壓、電流息息有關的性能限制。

16nm設計挑戰(zhàn)

另外我還詢問瑞薩工程師有關于16nm節(jié)點的設計經(jīng)驗，采用該制程的處理器設計需要克服多重圖形(multi-patterning)與FinFET的挑戰(zhàn)，晶片架構在某種程度上需要有所改變;不過他們有其他的看法。

Takahashi表示：“16nm節(jié)點有許多考驗與困難…功號是一個問題，有時候可靠度也是問題;”他指出，16nm晶片的記憶體單元非常小，而且記憶體線(memory lines)很短、因此更容易遭遇軟體錯誤。”

而Takahasi也表示，晶圓代工廠會提供16nm互連，但缺乏對先進功能的支援，像是瑞薩在自家晶片上互連內(nèi)建的服務品質(quality-of- service controls)控制。為了簡化16nm設計與驗證工作，需要采用更高階的設計語言例如System C。

此外Mochizuki 則指出，16nm晶片使用相對較高頻率的時脈，很難維持低功耗;他表示，16nm節(jié)點：“與前幾世代的制程比較起來彈性較少…為了降低功耗，我們可能需要改變設計模式。”