雙內(nèi)核處理器勝任未來網(wǎng)絡計算
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英飛凌汽車電子生態(tài)圈
雙內(nèi)核處理器勝任未來網(wǎng)絡計算
市場對于未來網(wǎng)絡處理器的要求已經(jīng)越來越清晰：在可接受的成本與功耗基礎上實現(xiàn)更高的計算性能。飛思卡爾公司（Freescale）對此的解決方案是：開發(fā)一種內(nèi)含雙處理器內(nèi)核的網(wǎng)絡處理器MPDC8641D。該器件中采用90納米SOI工藝制造，集成了兩個基于32位PowerPC處理器架構的e600內(nèi)核，單一e600內(nèi)核的性能可達到1.5GHz，飛思卡爾預計這種雙核結(jié)構將使最終的網(wǎng)絡處理器性能加倍。
雙核結(jié)構與傳統(tǒng)的單核結(jié)構相比，優(yōu)勢是顯而易見的。首先，雙內(nèi)核處理器從芯片硅成本來講雖然比單核處理器高，但由于其可取代兩顆獨立單核處理器和一顆系統(tǒng)控制器芯片，因此可簡化PCB電路的設計，有效節(jié)省應用系統(tǒng)的成本。其次，與通過兩個單內(nèi)核處理器協(xié)同工作完成的性能提升解決方案相比，單芯片內(nèi)部的雙內(nèi)核之間可以通過高速內(nèi)部總線實現(xiàn)更大的帶寬通信，從而避免了芯片外部互連的低速PCI總線成為性能瓶頸。MPDC8641D中采用了MPX總線，其最高帶寬達667MHz，可使內(nèi)核間的通信延遲降到最低限度。第三，由于集成了雙內(nèi)存控制器，MPDC8641D中存儲器帶寬得到了擴展，并降低了延遲。此外，雙內(nèi)核架構還可使兩個內(nèi)核保持高度的緩存一致性，因為某一內(nèi)核可將其緩存中的最新數(shù)據(jù)直接快速拷貝到另一內(nèi)核中，而無需通過存儲器。根據(jù)Freecale提供的數(shù)據(jù)，MPDC8641D的功率在15W~25W之間。
與這種突出的計算性能相匹配，MPDC8641D選擇了RapidIO串行線路接口作為外部系統(tǒng)互連接口，以實現(xiàn)其與周邊設備之間的高速互連。同時，MPC8641D處理器還內(nèi)嵌了四個以太網(wǎng)MAC控制器，支持10/100Mbps及千兆以太網(wǎng)，可對通過以太網(wǎng)(包括IPv4、IPv6、TCP、UDP以及VLAN)傳播的協(xié)議的識別和檢索進行加速。此外，它還支持原有的外圍與主機設備之間通過PCI Express接口的連接。
這種雙核結(jié)構實際上還可以帶來設計開發(fā)上的靈活性。比如，在低帶寬應用中，系統(tǒng)開發(fā)商可以利用MPC8641D的某一個內(nèi)核來管理數(shù)據(jù)面處理，而用另一個內(nèi)核管理控制面；或者用一個內(nèi)核管理數(shù)據(jù)面的信號發(fā)射，而另一個內(nèi)核管理信號接收；在高帶寬應用中，兩個內(nèi)核都可與一顆網(wǎng)絡處理器或ASIC配合工作，其中一個內(nèi)核卸載任務，如分類、安全和高質(zhì)量。開發(fā)商還可選擇讓雙內(nèi)核使用同一操作系統(tǒng)，從而簡化到現(xiàn)有系統(tǒng)升級到采用雙內(nèi)核系統(tǒng)的軟件移植。目前已經(jīng)有Enea Embedded Technology、Green Hills Software、Metrowerks、QNX、Wind River等開發(fā)商表示會為這款網(wǎng)絡處理器提供軟件或開發(fā)工具支持。
雙核結(jié)構與傳統(tǒng)的單核結(jié)構相比，優(yōu)勢是顯而易見的。首先，雙內(nèi)核處理器從芯片硅成本來講雖然比單核處理器高，但由于其可取代兩顆獨立單核處理器和一顆系統(tǒng)控制器芯片，因此可簡化PCB電路的設計，有效節(jié)省應用系統(tǒng)的成本。其次，與通過兩個單內(nèi)核處理器協(xié)同工作完成的性能提升解決方案相比，單芯片內(nèi)部的雙內(nèi)核之間可以通過高速內(nèi)部總線實現(xiàn)更大的帶寬通信，從而避免了芯片外部互連的低速PCI總線成為性能瓶頸。MPDC8641D中采用了MPX總線，其最高帶寬達667MHz，可使內(nèi)核間的通信延遲降到最低限度。第三，由于集成了雙內(nèi)存控制器，MPDC8641D中存儲器帶寬得到了擴展，并降低了延遲。此外，雙內(nèi)核架構還可使兩個內(nèi)核保持高度的緩存一致性，因為某一內(nèi)核可將其緩存中的最新數(shù)據(jù)直接快速拷貝到另一內(nèi)核中，而無需通過存儲器。根據(jù)Freecale提供的數(shù)據(jù)，MPDC8641D的功率在15W~25W之間。
與這種突出的計算性能相匹配，MPDC8641D選擇了RapidIO串行線路接口作為外部系統(tǒng)互連接口，以實現(xiàn)其與周邊設備之間的高速互連。同時，MPC8641D處理器還內(nèi)嵌了四個以太網(wǎng)MAC控制器，支持10/100Mbps及千兆以太網(wǎng)，可對通過以太網(wǎng)(包括IPv4、IPv6、TCP、UDP以及VLAN)傳播的協(xié)議的識別和檢索進行加速。此外，它還支持原有的外圍與主機設備之間通過PCI Express接口的連接。
這種雙核結(jié)構實際上還可以帶來設計開發(fā)上的靈活性。比如，在低帶寬應用中，系統(tǒng)開發(fā)商可以利用MPC8641D的某一個內(nèi)核來管理數(shù)據(jù)面處理，而用另一個內(nèi)核管理控制面；或者用一個內(nèi)核管理數(shù)據(jù)面的信號發(fā)射，而另一個內(nèi)核管理信號接收；在高帶寬應用中，兩個內(nèi)核都可與一顆網(wǎng)絡處理器或ASIC配合工作，其中一個內(nèi)核卸載任務，如分類、安全和高質(zhì)量。開發(fā)商還可選擇讓雙內(nèi)核使用同一操作系統(tǒng)，從而簡化到現(xiàn)有系統(tǒng)升級到采用雙內(nèi)核系統(tǒng)的軟件移植。目前已經(jīng)有Enea Embedded Technology、Green Hills Software、Metrowerks、QNX、Wind River等開發(fā)商表示會為這款網(wǎng)絡處理器提供軟件或開發(fā)工具支持。
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