“勇士”约架ARM 收拾旧河山

9月5日,Imagination Technologies宣布发布高效的 MIPS Warrior I6400系列产品,这是第一款结合 64 位架构与硬件虚拟化技术的 IP 内核。这是继秋天Imagination公司发布了32位Warrior P5600之后有一个大动作。在收购了MIPS处理器的核心架构之后,Imagination公司开始频繁发力,在各个领域均准备与ARM展开竞争。不知道Imagination公司采用“Warrior”(中文媒体大多翻译为勇士)为处理器命名的时候,是否也是收到“狭路相逢勇者胜”的启发。在目前的ARM和X86两强独大的处理器架构竞争态势下,确实需要有一位勇士出来披荆斩棘,才有可能让MIPS重新屹立于这硝烟弥漫的战场。

曾经的处理器架构市场按照性能分别占据了不同的领域。SPARC占领着中高端服务器市场;而PowerPC则在通用计算和嵌入式设备两大领域中都占据了高端;X86则以个人电脑为主要据点不断的向服务器市场和移动设备市场前进;MIPS盘踞在网络设备、数字电视、游戏机等中高端嵌入式设备市场;而ARM则在移动终端、消费类电子、工业控制、智能玩具等中低端嵌入式设备市场大放异彩;再往下就是各种8位和16位单片机的地盘了。整个处理器架构市场不能说是百花齐放,也起码是五彩缤纷。但时过境迁,现如今X86和ARM已经把自己的疆土扩展到了更大的领域。X86在服务器领域一路过关斩将扩大地盘。ARM则随着以手机为代表的智能终端的扩张占据了大部分嵌入式设备市场,更是生出了进度服务器领域的野望。

与这两家处理器架构开疆拓土形成鲜明对比的是其它三家的没落,其中以MIPS的没落最为可惜。作为精简指令集(RSIC)处理器最为经典的代表,MIPS是无数计算机体系结构或者处理器设计教程的蓝本。其设计理念和体系结构带有浓厚的经典“学院派”风格,也成为后续计算机体系结构与处理器设计领域研究者所必须要学习的经典。而MIPS的性能以及研发水平其实也是常年高于ARM的,最典型的例子就是MIPS的64位处理器其实早在1991年就研发完成了,号称是世界上首个64位的CPU架构。而当时Advanced RISC Machines Ltd成为独立的公司也才刚刚不久,还在各大公司的“包养”下艰难求生。这样一位“前辈”和“大师”被ARM这样的“后辈”赶上和超过,是有很多可以讨论的。这一个话题留待有时间可以再做论述。

“勇士”披挂的七大“装备”

面对已然不利的局面,勇士到底有什么样的“武器装备”能够让他有收复失地的能力呢?从目前发布的资料来看,此次勇士处理器主要宣传了七大亮点。下面我们可以对各大亮点逐一加以分析,从而窥视这位“勇士”披挂的一身“装备”:

1. 高效、可扩展的 64 位性能:作为一个处理器内核架构,性能当然是首先要宣传的重要指标。跑分虽然不是万能的,但是没有跑分是万万不能的。“勇士”号称CoreMark 性能指标比竞争对手要高50%,DMIPS 高出 30%。不知道勇士指的竞争对手是哪一号的处理器,但很显然应该是ARM-A5X中的某一款。相比于单纯的跑分,“勇士”号称的可扩展性可能更加重要。毕竟作为一款高性能的64位处理器,其主要的应用场合恐怕很难只用一个核解决。同时作为一个依靠图像处理器起家的公司,Imagination公司手头一定也掌握了不少图形处理器相关的IP核。Imagination公司宣传可以构建为非常多样化的性能、功耗和面积运行组合,但这一点说得比较模糊,并没有特别的指出是处理器本身的裁剪、多个处理器扩展还是和其它的协处理器IP核组合。时至今日,面对从高性能的服务器到低功耗嵌入式设备如此宽的应用范围,高扩展性已经是比单纯的性能和跑分更需要关心的问题。如何能让客户自由的选择或者定制适合自己的处理器,远比跑分本身更加重要。而这方面希望看到Imagination公司能够有更详细的信息发布。

2. 硬件多线程:I6400 内置的即时多线程(SMT)技术,Imagination公司认为,把一个物理I6400核分为两个硬件线程将增加其物理容量空间约10%,同时提升30%至60%的性能。理论上来说这并没有错,但是即时多线程技术并不是单纯依靠硬件可以解决的。除了操作系统的支持之外,还需要应用的本身是有多进程处理的需求。服务器无需多言,目前现在的智能手机和平板已经有了很明确的多线程应用需求。所以此时把硬件多线程作为一个卖点重点突出,应该是恰逢其时。

3. 硬件虚拟化:硬件虚拟化可提供更高的安全性与可靠性,并有助于为整个系统和 SoC 实现统一的安全性和虚拟化策略。硬件虚拟化技术的工作原理就是为虚拟化客户操作系统和裸机应用程序分配一个四位宽的ID号(从1至15),其中0是为系统管理程序而保留的,然后把这些ID号供剩余的系统级芯片硬件使用。通过这种方式其实保证了应用程序只访问与自己相关的硬件,可以隔绝应用程序多种不安全的行为。

4. 下一代安全性:在虚拟化的支持基础上,I6400 内核已经过优化设计,可支持多种独立的安全内容与多种独立的执行域。同时Imagination公司宣称这一解决方案具备可扩展性,可支持跨各种应用与内容来源的安全内容传送、安全支付、身份保护以及更多功能。在移动终端应用日益丰富且安全问题受到前所未有的重视今天,强调安全性无疑是非常重要的。

5. 先进的功耗管理:I6400 拥有支持 MIPS 架构的 PowerGearing™ 先进功耗管理功能,其中包括能为异构集群中的每个内核提供专属的时钟与电压水平,并同时维持整个 CPU 的一致性。为异构集群每个内核提供专属的时钟与电压水平这个不算是什么新鲜的计算,电压岛设计已经是现代处理器低功耗设计的标配了。但维持异构多核系统的一致性却是一个大问题。要控制各个处理器核把电压和频率降下了不是问题,但是这些工作在不同电压频率且又是异构的核能够正常而稳定的持续工作下去,还需要考虑到管理策略、容错性等一系列问题。I6400 采用最新一代的 MIPS Coherency Manager(MIPS 一致性管理员)架构来解决这一问题,但其具体细节尚不得而知。

6. 高效 FPU:这没什么好说的,高性能计算标配。

7. 128 位 SIMD:I6400 可支持 128 位 SIMD 功能,能在数据平行应用中充分发挥 SIMD 运行的效率,来为广泛的任务提供高性能与高处理能力。多核处理器的下一步必然是往以后方向发展,SIMD在信号处理等各类应用中有着重要的作用而必然作为一个重要的加速器IP核受到SoC设计者的重视。而Imagination公司作为一个以图形图像处理IP设计见长的公司,对于这类IP的设计和应用自然更加的得心应手。随着语言识别、图像分析等一系列智能算法的广泛应用,尤其是在嵌入式智能设备上的应用。如何高效的使用SIMD处理器作为重要的算法加速器已经成为必须要面对的问题。提供高效的SIMD处理器固然重要,但与之配套的一系列后续软件的开发也同样重要。

在盘点完“勇士”的七件“装备”之后,我们基本可以得出这么一个结论:这是一个装备齐全而又中规中矩的“勇士”。“勇士”的各种技术均是目前已经成熟的主流技术,但其配置相对处于高端位置。起码从各种纸面指标来看,“勇士”已经具备了成为一款优秀的处理器的潜质。但“勇士”和“王者”之间的距离,却还需要有很长的路要走。

“勇士”如何成为“王者”

其一是要解决战场问题。Imagination公司虽然宣布“勇士”已经在多个市场拥有了授权客户,但面对已经占据了优势的X86系列和ARM系列处理器,在某一个市场集中优势打开缺口恐怕更为重要。处理器的市场特殊就在于,先进的技术并不能替代良好的服务和丰富的资源。尤其是现在X86和ARM分别在不同的领域中都已经积累了大量资源的现实条件下,”勇士”如何选好战场,对于后续杀出重围就显得特别关键。在这里我倒是想冒昧的给勇士建议一个战场:“微服务器和雾计算”。这个战场意味着要把家庭网关或Wifi热点都变成微型的服务器,从而在网络的边缘分担大部分计算任务来减少由于通信延迟造成的云计算瓶颈。而这些设备原本就是MIPS处理器的主要地盘,从各种资源来看会有一定的继承性和助力。

其二就是解决好后援问题,不要让“勇士”一个人去战斗。ARM强大的原因不在于处理器技术高超与否本身,而是在于背后团结一心的“小伙伴”们。不过现在很高兴的看到,新成立的 prpl 开放源基金会。拥有博通、Cavium、Ikanos、Ineda Systems、君正集成电路、Lantiq、PMC、高通等创始会员以及其他厂商的加入。这些“小伙伴”的加入会为“勇士”提供强力的后援。但需要注意到的是,到目前为止市面上能够看到的讲嵌入式系统设计的书仍然难以找到基于MIPS处理器的。这与计算机系统架构类的书几乎言必称MIPS形成了鲜明的对比。与之对应的,MIPS的威名也大多流传于各个高校的计算机学院,而真正使用处理器而非开发处理器的通信、电子、自动控制、机械等学院仍然很少听到有人提起MIPS,起码在中国这种现象近期仍然不见有改变的迹象。希望Imagination公司千万不要忽视这一块的建设,更不要小看千千万万未来工程师对于业界影响的潜力。如果有可能应该考虑从举办或赞助全国性的比赛开始加强自身的影响力。

以上论述纯属个人观点,“勇士”到底表现如何,还有待时间的检验。

转自:电子技术应用
http://blog.chinaaet.com/detail/37257

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