遭受挤压的16位处理器

技术分类: 嵌入式系统  微处理器与DSP  | 2007-05-22
Robert Cravotta,EDN技术编辑

  逃脱挤压

  低成本和低功耗是 8位处理器的重要差异化因素。无疑,对 16位处理器也存在相同情况,尤其是设计小组要在 16位和 32位选择之间移植自己设计时,需要作出权衡。面向 16位处理器的设计一般比面向 32位处理器的设计需要的内存较少。尽管相对整个系统而言,16 位和 32位核之间的硅片差别正在消失,每个核大小仍限制了这些器件价格的接近程度,但它们的相邻内存量可以互相靠拢。

  在很多嵌入系统应用中,尤其是那些适合于较小架构宽度的应用,采用低功耗睡眠和待机模式的较低功耗处理器通常有明显的机会。但是,不断增加的泄漏电流(当处理器处于通电但空闲状态时的功耗)却抵销了较小工艺尺寸在硅片面积上的优势,使 16位和 32位处理器之间的成本趋向接近。灵巧的时钟门控并不能摆脱泄漏电流的困境。避免它的唯一方式是使用较慢、较少泄漏的晶体管,或者能够完全关断,并实现按需供电电路,但这会进一步增加32位器

件的复杂性和成本。正像在 8位处理器上完成 16位运算那样,相对于数据尺寸与处理器宽度之间相匹配的情况而言,两者之间的不匹配会对核完成的处理总量以及完成这些任务的耗电量产生不利影响。

  16位处理器市场上不存在等效于 8051 或 ARM 的产品。这个事实可能对 16位架构的消亡预言有很大影响;但是,这个问题也可能不那么重要,因为 16位器件应该能够击败 32位处理器,并使用针对特定应用高度微调的配置捍卫自己的存在。但问题是:这些应用是什么?目前,16位处理器的主要市场是汽车和工业控制应用。

  16位器件热衷的市场是所有结合了功耗与数据密集处理的应用,或 8位产品无法有效提供的外设密集控制任务的应用。这类应用包括电力、水和气体的测量,以及手持产品,如从餐馆、零售店或服务机构获得订单的小型销售点产品。

  近年来,一些半导体公司生产了混合处理器,业界越来越多地称之为 DSC(数字信号控制器)。这些器件用一个单一指令流包含了 DSP 和微控制器的特性。通常,DSC 可以不间断地连续提供算术单元,并且它们可以完成用于外设控制功能的快速上下文切换。这些器件一般也采用智能或匿名外设功能,以避免算术引擎的匮乏,这类器件大多数均采用 16位架构。

  16位架构和 DSC 的最佳定位是支持一些新兴应用,如便携、家用医疗设备、便携监控设备,以及分布式工业监视与控制设备,如用于智能建筑的产品。大多数这类应用也将支持无线或有线网络连接。只有时间才会证明 16位末日预言家们是否会慢慢减少,就像近年来的 8位末日预言家们一样。
 
参考文献
1. Intel Product Discontinuation Notice (PDN) number 106013-01.
2. Ganssle, Jack, "What Processor Is In Your Product?" Doctor Dobb's Journal, Oct 2, 2006.
3. The William Baldwin Group, "Embedded Engineer Survey '06: Volume 2, What Engineers Do," September 2006 and
www.eg3.com.
4. Leibson, Steve, "Rest-in-peace: The 16-bit processor," Electronics Weekly, April 27, 2006.
5. Cravotta, Robert, "Reaching down: 32-bit processors aim for 8 bits," EDN, Feb 17, 2005, pg 31.
6. Cravotta, Robert, "Processing options," EDN, Jan 19, 2006, pg 42.
  附文:FPGA的16位选项

  大多数FPGA公司都提供并支持8位和32位软核,但现在没有一家支持16位核。Actel公司的高级 IP(知识产权)产品营销经理 Mike Thompson 说,该公司偶尔会收到支持 16位核的请求,但他提到:“没有足够的理由能证明增加维护第三种架构附加成本是值得的。”Altera 公司负责Nios销售的高级营销经理Bob Garrett承认该公司的 Nios 1.0核最初是一个16位核,但现在该内核的支持配置为32位。

  像是一个旁注,FPGA与8位或 16位处理器一起实现,一般作为外部逻辑、一种高速状态机,或用于新兴定向功能的一种桥接。FPGA 在使用这些较小处理器架构的应用中面临的重大挑战是功耗。据美国瑞萨技术(Renesas Technology America)公司系统LSI业务部营销总监 Ritesh Tyagi 说:“随着微控制器对这些新兴功能的硬件块实现的集成,新的微控制器正在代替 FPGA。”
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