6. Многоядерные архитектуры

Можно сказать что «ядро» — это конкретное воплощение определённой микроархитектуры «в кремнии», обладающее (в отличие от самой микроархитектуры) набором строго обусловленных характеристик. Микроархитектура — аморфна, она описывает общие принципы построения процессора. Ядро — микроархитектура, «обросшая» всевозможными параметрами и характеристиками. Чрезвычайно редки случаи, когда процессоры сменяли микроархитектуру, сохраняя название. И, наоборот, практически любое наименование процессора хотя бы несколько раз за время своего существования «меняло» ядро. Например, общее название серии процессоров AMD — «Athlon 64» — это одна микроархитек-

тура (K8), но целых 13 ядер — от Sledgehammer (2003) до Huron (2009). Разные ядра, построенные на одной микроархитектуре, могут иметь в том числе разное быстродействие.

За последнее десятилетие удельная производительность процессоров в пересчете на число транзисторов упала на один-два порядка. Дальнейшее развитие полупроводниковых технологий не может компенсировать неэффективность современных процессоров. Показатели быстродействия процессоров (в частности, тактовые частоты) достигли практически граничных показателей, плотность энергии увеличивается пропорционально уменьшению размеров транзисторов, и, соответственно, увеличиваются проблемы с теплоотводом.

Если нельзя использовать все возможности на одном ядре из-за исключительной сложности такого ядра, то следует пойти по пути увеличения числа ядер. Именно так поступили в Sun Microsystems, выпустив 8-ядерный процессор. Niagara. Сторонники EPIC-подхода также склонились к многоядерному решению. На форуме IDF осенью 2004 года Пол Отеллини, генеральный директор Intel, заявил: Мы связываем наше будущее с многоядерными продуктами; мы верим, что это ключевая точка перегиба для всей индустрии.

Можно говорить о двух заметно разнящихся между собой тенденциях в процессе увеличения числа ядер.

Мультиядерность (multi-core). В этом случае предполагается, что ядра являются высокопроизводительными и их относительно немного; сейчас их число — два-четыре. Основных недостатков этого подхода два: первый — высокое энергопотребление, второй — высокая сложность чипа и, как следствие, низкий процент выхода готовой продукции. При производстве 8- ядерного процессора IBM Сell только 20% производимых кристаллов являются годными.

Другой путь — многоядерность (many-core). В таком случае на кристалле собирается на порядок большее число ядер, но имеющих более простую

327

7. Микроконтроллер AVR от Atmel 7.1. Архитектура AVR от Atmel

AVR - самая обширная производственная линия среди других флэшмикроконтроллеров корпорации Atmel. Atmel представила первый 8-разрядный флэш-микроконтроллер в 1993 году и с тех пор непрерывно совершенствует технологию. Прогресс данной технологии наблюдался в

снижении удельного энергопотребления (мА/МГц),

расширении диапазона питающих напряжений (до 1.8 В) для продления ресурса батарейных систем,

увеличении быстродействия до 16 млн. операций в секунду,

встраивании эмуляции в реальном масштабе времени,

реализации функции самопрограммирования,

совершенствовании и расширении количества периферийных модулей,

встраивании специализированных устройств (радиочастотный передатчик, USB-контроллер, драйвер ЖКИ, программируемая логика, контроллер DVD, устройства защиты данных) и др.

Успех AVR-микроконтроллеров объясняется возможностью простого выполнения проекта с достижением необходимого результата в кратчайшие сроки, чему способствует доступность большого числа инструментальных средств проектирования, поставляемых, как непосредственно корпорацией Atmel, так и сторонними производителями. Ведущие сторонние производители выпускают полный спектр компиляторов, программаторов, ассемблеров, отладчиков, разъемов и адаптеров. Отличительной чертой инструментальных средств от Atmel является их невысокая стоимость.

Другая особенность AVR-микроконтроллеров, которая способствовала их популярности, это использование RISC-архитектуры с мощным набором инструкций, большинство которых выполняются за один машинный цикл.

Это означает, что при равной частоте тактового генератора они обеспечивают производительность в 12 (6) раз больше производительности предшествующих микроконтроллеров на основе CISC-архитектуры (например, MCS51). С другой стороны, в рамках одного приложения с заданным быстродействием, AVRмикроконтроллер может тактироваться в 12 (6) раз меньшей тактовой частотой, обеспечивая равное быстродействие, но при этом потребляя гораздо меньшую мощность. Таким образом, AVR-микроконтроллеры представляют более широкие возможности по оптимизации производительности/энергопотребления, что

329