处理器指令集架构(isa)的代码密度对在现实世界中的soc处理器的能耗效率有很大的影响。在选择嵌入式soc处理器时,功耗和面积通常是主要被考虑的,但另一个主要因素,往往在这样的评估中被忽视了:处理器指令集架构(isa)的代码密度。
一个紧密的指令集产生较小的代码,导致少取指令。这对于能效有着重大的影响,因为从片上存储器取指令所使用的能耗远远大于cpu执行指令所需的。
大多少? 2010年斯坦福大学詹姆斯·贝尔福的博士论文对高效的嵌入式计算研究表明,对于一个典型的32位risc处理器,从一个2字节的片上缓存取指令所消耗的能量比一个32位的加法运算(在一个典型的45纳米cmos制程)多消耗的多6.8倍.
dally等人的另一项发表在ieee计算机的研究发现,典型的嵌入式处理器的能耗的42%来自取指,而只有6%的被消耗于执行实际的算术运算。这些研究都使用一个小的片上指令缓存。事实上指令往往更需要访问较大的片上甚至片外存储,那么功耗的影响将被放大, 系数6.8倍将变为50倍或更多。
这里的结论是明确的:使用需要较少指令的isa,比简单地选择一个执行更有效的处理器在是节能上更有帮助.对一颗cpu而言, 面积(门使用)是另一种处理器选择的常见标准。但soc为程序存储器所需的面积的要大得多,尤其是对非密集的代码。
一般法则是约1千比特的片上sram占据的面积与1k的逻辑门相同。将此规则应用于一些典型的处理器所得的面积的结果,如图2中曲线所示。 (在这里处理器的面积估计范围从小型8位处理器的8k门到先进的64位处理器的100k门,而适合嵌入式程序的的片上代码存储空间估计范围从2至32千字节。)
此图清楚地表明,对大多数32位嵌入式soc ,程序存储器是cpu面积的两倍或两倍以上。更为紧凑的代码显然需要更小的程序存储器。因此,在只考虑cpu所需门数的情况下, 选择采用了紧凑isa的处理器可以显著降低soc面积。
以上考虑促成了我们所提供的ba22系列的32位处理器内核,其对任何需要考虑低功耗的处理器系统都很有价值。我们相信ba22 ,在同行业中具有最优的代码密度,估计比arm ?的thumb- 2 isa的代码密度最高能有20 %的提升。
有竞争力的性能( 2.1或以上coremarks/兆赫) ,面积(15k门起), 时钟频率(在65nm - lp 将超过400 mhz)和功率效率(0.02毫瓦/兆赫兹),因为出众的代码密度,使得ba22成为功耗敏感的深嵌入系统cpu ip的最佳选择之一。
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