Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Strongarm .
"SA-110" перенаправляется сюда. Для финского военного грузовика см Sisu SA-110 .
Микропроцессор DEC StrongARM SA-110

StrongARM семейство компьютерных микропроцессоров , разработанных Digital Equipment Corporation и изготовленных в конце 1990 - х годов , которые реализованы в ARM v4 архитектуру набора инструкций . Позже в 1997 году он был продан Intel , которая продолжила его производство, прежде чем заменить его на XScale в начале 2000-х.

История [ править ]

По словам Аллена Баума, история StrongARM восходит к попыткам создания маломощной версии DEC Alpha , что, к заключению инженеров DEC, было невозможно. Затем они заинтересовались проектами, предназначенными для приложений с низким энергопотреблением, что привело их к семейству ARM. Одним из немногих крупных пользователей ARM для продуктов, связанных с производительностью, в то время была Apple , чье устройство Newton было основано на платформе ARM. DEC обратилась к Apple с вопросом, могут ли они быть заинтересованы в высокопроизводительном ARM, на что инженеры Apple ответили: «Пххх, да. Вы не можете этого сделать, но, да, если бы вы могли, мы бы использовали его». [1]

StrongARM был совместным проектом DEC и Advanced RISC Machines по созданию более быстрого микропроцессора ARM. StrongARM был разработан для верхней части рынка встраиваемых систем с низким энергопотреблением, где пользователям требовалась более высокая производительность, чем могла бы обеспечить ARM, при этом они могли принимать больше внешней поддержки. Целями были такие устройства, как новые персональные цифровые помощники и телевизионные приставки . [2] [3]

Традиционно полупроводниковое подразделение DEC располагалось в Массачусетсе . Чтобы получить доступ к дизайнерским талантам Кремниевой долины , DEC открыла дизайнерский центр в Пало-Альто, Калифорния . Этот дизайн-центр возглавлял Дэн Добберпул и был основным дизайнерским сайтом для проекта StrongARM. Другой дизайнерский сайт, который работал над этим проектом, находился в Остине, штат Техас , и был создан некоторыми бывшими дизайнерами DEC, вернувшимися из Apple Computer и Motorola . Проект был запущен в 1995 году и быстро представил свой первый проект, SA-110 .

DEC согласилась продать StrongARM Intel в рамках судебного разбирательства в 1997 году. [4] Intel использовала StrongARM для замены своей устаревшей линейки процессоров RISC, i860 и i960 .

Когда полупроводниковое подразделение DEC было продано Intel, многие инженеры из проектной группы Пало-Альто перешли в SiByte , начинающую компанию, разрабатывающую продукты MIPS- системы на кристалле (SoC) для сетевого рынка. Группа разработчиков из Остина превратилась в Alchemy Semiconductor , еще одну новую компанию, разрабатывающую SoC MIPS для портативного рынка. Новое ядро ​​StrongARM было разработано Intel и представлено в 2000 году как XScale . [5]

SA-110 [ править ]

SA-110 был первым микропроцессором в семействе StrongARM. Первые версии, работающие на частотах 100, 160 и 200 МГц, были анонсированы 5 февраля 1996 года. [6] Когда было объявлено, образцы этих версий были доступны, а массовое производство намечено на середину 1996 года. Более быстрые версии 166 и 233 МГц были объявлены 12 сентября 1996 года. [7] Образцы этих версий были доступны на момент объявления, а серийное производство намечено на декабрь 1996 года. На протяжении 1996 года SA-110 был самым производительным микропроцессором для портативных устройств. [8] К концу 1996 года это был ведущий процессор для устройств Интернета / интрасети и систем тонких клиентов . [9] Первой дизайнерской победой SA-110 стала Apple. MessagePad 2000 . [10] Он также использовался в ряде продуктов, включая ПК Acorn Computers Risc и систему редактирования видео Eidos Optima . Ведущими конструкторами SA-110 были Дэниел В. Добберпул , Грегори В. Хёппнер, Лиам Мэдден и Ричард Т. Витек. [2]

Описание [ править ]

SA-110 имел простую микроархитектуру . Это была скалярная конструкция, в которой инструкции выполнялись по порядку с пятиступенчатым классическим конвейером RISC . Микропроцессор был разделен на несколько блоков: IBOX, EBOX, IMMU, DMMU, BIU, WB и PLL. IBOX содержал оборудование, которое работало на первых двух этапах конвейера, такое как счетчик программ . Он считывал, декодировал и выдавал инструкции. Выборка инструкций происходит на первом этапе, декодирование и выдача - на втором. IBOX декодирует более сложные инструкции в наборе инструкций ARM, переводя их в последовательности более простых инструкций. IBOX также обрабатывал инструкции перехода. У SA-110 не было предсказания ветвления оборудование, но имел механизмы для их быстрой обработки.

Исполнение начинается на третьем этапе. Аппаратное обеспечение, которое работает на этом этапе, содержится в EBOX, который включает файл регистров , арифметико-логический блок (ALU), устройство сдвига цилиндров , умножитель и логику кода состояния. Регистровый файл имел три порта чтения и два порта записи. ALU и баррель-шифтер выполняли инструкции за один цикл. Множитель не является конвейерным и имеет задержку в несколько циклов.

IMMU и DMMU - это блоки управления памятью для инструкций и данных соответственно. Каждый MMU содержит полностью ассоциативный буфер быстрого преобразования (TLB) с 32 записями, который может отображать страницы размером 4, 64 или 1 МБ . Буфер записи (WB) имеет восемь 16-байтовых записей. Это позволяет конвейерно хранить магазины. Блок интерфейса шины (BIU) обеспечивал SA-110 внешним интерфейсом.

ФАПЧ генерирует внутренний сигнал синхронизации от внешнего тактового сигнала 3,68 МГц. Он не был разработан DEC, а был заключен по контракту с Центром электротехники и микротехники (CSEM), расположенным в Невшателе, Швейцария .

Кэш инструкций и кэш данных каждый имеют емкость 16 КБ, 32-сторонние ассоциативные наборы и виртуальная адресация. SA-110 был разработан для использования с медленной (и, следовательно, недорогой) памятью, и поэтому высокая ассоциативность набора обеспечивает более высокую скорость совпадений, чем у конкурирующих конструкций, а использование виртуальных адресов позволяет одновременно кэшировать и не кэшировать память. Кеши отвечают за большую часть количества транзисторов и занимают половину площади кристалла.

SA-110 содержит 2,5 миллиона транзисторов и имеет размеры 7,8 на 6,4 мм (49,92 мм 2 ). Это был изготовлен DEC в своей собственной технологии КМОП-6 на его Fab - 6 ФАБ в Хадсон, штат Массачусетс. CMOS-6 - это комплементарный процесс металл – оксид – полупроводник (CMOS) шестого поколения компании DEC . CMOS-6 имеет размер элемента 0,35 мкм, эффективную длину канала 0,25 мкм, но для использования с SA-110 только три уровня алюминиевых межсоединений . В нем использовался источник питания с переменным напряжением от 1,2 до 2,2 вольт (В), чтобы позволить проектам найти баланс между потребляемой мощностью и производительностью (более высокое напряжение обеспечивает более высокую тактовую частоту). SA-110 был упакован в 144-контактный тонкий четырехконтактный плоский корпус (TQFP).

SA-1100 [ править ]

SA-1100 был производным от SA-110, разработанного DEC. Анонсированный в 1997 году, SA-1100 был предназначен для портативных приложений, таких как КПК, и отличается от SA-110 тем, что предоставляет ряд функций, которые необходимы для таких приложений. Для обеспечения этих функций размер кеша данных был уменьшен до 8 КБ.

К дополнительным функциям относятся встроенная память, PCMCIA и контроллеры цветных ЖК-дисплеев, подключенные к системной шине на кристалле, а также пять последовательных каналов ввода-вывода, подключенных к периферийной шине, подключенной к системной шине. Контроллер памяти поддерживает FPM и EDO DRAM, SRAM, flash и ROM. Контроллер PCMCIA поддерживает два слота. Адрес памяти и шина данных используются совместно с интерфейсом PCMCIA. Требуется логика клея. Каналы последовательного ввода-вывода реализуют подчиненный интерфейс USB, SDLC , два UART , интерфейс IrDA , MCP и синхронный последовательный порт .

У SA-1100 был сопутствующий чип, SA-1101. Он был представлен Intel 7 октября 1998 года. [11] SA-1101 обеспечивал дополнительные периферийные устройства в дополнение к встроенным в SA-1100, такие как порт видеовыхода, два порта PS / 2 , контроллер USB и контроллер PCMCIA, который заменяет это на SA-1100. Разработка устройства началась DEC, но была завершена лишь частично, когда была приобретена Intel, которой пришлось закончить дизайн. Он был изготовлен на бывшем заводе DEC в Хадсоне, штат Массачусетс , который также был продан Intel. [12]

SA-1100 содержал 2,5 миллиона транзисторов и имел размеры 8,24 мм на 9,12 мм (75,15 мм 2 ). Он был изготовлен по технологии КМОП 0,35 мкм с тремя уровнями алюминиевого межсоединения и помещен в 208-контактный TQFP. [13]

Одним из первых получателей этого процессора стал злополучный нетбук Psion и его более ориентированный на потребителя собрат Psion Series 7 .

SA-1110 [ править ]

SA-1110 был производным от SA-110, разработанного Intel. Он был анонсирован 31 марта 1999 года и позиционируется как альтернатива SA-1100. [14] На момент объявления образцы были установлены на июнь 1999 г., а объем - позднее в том же году. Intel прекратила выпуск SA-1110 в начале 2003 года. [15] SA-1110 был доступен в версиях 133 или 206 МГц. Он отличался от SA-1100 тем, что имел поддержку SDRAM 66 МГц (только версия 133 МГц) или 103 МГц (только версия 206 МГц) . [16] Сопутствующим чипом, который обеспечивал дополнительную поддержку периферийных устройств, был SA-1111. SA-1110 был упакован в решетку с 256-контактными микрошариками . Он использовался в мобильных телефонах, персональных ассистентах данных (КПК), таких как Compaq (позже HP) iPAQ.и HP Jornada , платформы Sharp SL-5x00 на базе Linux и Simputer . [17] Он также использовался для запуска Intel Web Tablet, планшетного устройства, которое считается потенциально первым представителем портативного веб-браузера с большим экраном. Intel отказалась от этого продукта незадолго до его выпуска в 2001 году.

SA-1500 [ править ]

SA-1500 был производным от SA-110, разработанного DEC, изначально предназначенного для приставок . [18] [19] Он был разработан и изготовлен DEC небольшими партиями, но так и не был запущен в производство Intel. SA-1500 был доступен на частотах от 200 до 300 МГц. SA-1500 имел усовершенствованное ядро ​​SA-110, сопроцессор на кристалле, называемый Attached Media Processor (AMP), а также встроенный контроллер SDRAM и шины ввода-вывода. Контроллер SDRAM поддерживает SDRAM 100 МГц, а контроллер ввода-вывода реализовал 32-разрядную шину ввода-вывода, которая может работать на частотах до 50 МГц для подключения к периферийным устройствам и сопутствующему чипу SA-1501.

AMP реализовал набор инструкций с длинным командным словом, содержащий инструкции, разработанные для мультимедиа, такие как целочисленные и с плавающей запятой умножение-накопление и арифметика SIMD . Каждое длинное командное слово имеет ширину 64 бита и определяет арифметическую операцию и ветвление или загрузку / сохранение. Команды работают с операндами из 64-разрядного 36-битного регистрового файла и с набором управляющих регистров. AMP связывается с ядром SA-110 через шину на кристалле и использует кэш данных совместно с SA-110. AMP содержал ALU с устройством сдвига, блоком ветвления, блоком загрузки / сохранения, блоком умножения-накопления и блоком с плавающей запятой одинарной точности . AMP поддерживал определяемые пользователем инструкции через хранилище управления с возможностью записи на 512 записей.

Сопутствующий чип SA-1501 обеспечивает дополнительные возможности обработки видео и звука и различные функции ввода-вывода, такие как порты PS / 2, параллельный порт и интерфейсы для различных периферийных устройств.

SA-1500 содержит 3,3 миллиона транзисторов и имеет размер 60 мм 2 . Он был изготовлен по технологии CMOS 0,28 мкм. Он использовал внутренний источник питания от 1,5 до 2,0 В и входной выход 3,3, потребляя менее 0,5 Вт на 100 МГц и 2,5 Вт на 300 МГц. Он был упакован в плоский металлический четырехконтактный корпус с 240 выводами или решетку из пластиковых шариков с 256 шариками .

Защелка StrongARM [ править ]

StrongARM защелки является электронной защелкой топологии цепи первым [20] [21] , предложенной Toshiba инженерами Tsuguo Кобаяши и соавт. [22] и привлекла большое внимание после использования в микропроцессорах StrongARM. [20] [21] Он широко используется в качестве усилителя считывания , компаратора или просто надежной защелки с высокой чувствительностью. [20] [21]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Баум, Аллан (18 июля 2018 г.). "Устная история Аллена Баума" (PDF) (Интервью). Беседовал Дэвид Брок. п. 60.
  2. ^ а б Монтанаро, Джеймс и др. (1997). «Микропроцессор CMOS RISC с частотой 160 МГц, 32 бит, 0,5 Вт» . Цифровой технический журнал , т. 9, вып. 1. С. 49–62.
  3. ^ "Цифровые нацелены на усиление чипа StrongARM на рынке бытовой электроники" . PR Newswire . 5 февраля 1996 . Проверено 7 июня 2011 года .
  4. ^ Luening, Эрих (27 октября 1997). «Интел, цифровой иск» . CNet news.com . Проверено 29 июля 2008 года .
  5. ^ "Встроенный процессор Watch # 46; 5/4/1999" . mdronline.com . Архивировано из оригинального 19 октября 2007 года.
  6. ↑ Digital Equipment Corporation (5 февраля 1996 г.). "Цифровые мишени нацелен на усиленный чип StrongARM на рынке бытовой электроники". Пресс-релиз.
  7. ↑ Digital Equipment Corporation (12 сентября 1996 г.). «Чипы StrongARM от Digital выходят из гонки встраиваемых систем». Пресс-релиз.
  8. ^ Turley, Джим (27 января 1997). «Поставщики встроенных систем стремятся к дифференциации». Отчет о микропроцессоре , стр. 16–21.
  9. ^ "Микропроцессоры Digital StrongARM занимают лидирующие позиции на рынке сетевых клиентов" . EE Times . 18 ноября 1996 . Проверено 16 марта 2012 года .
  10. ^ Turley, Джим (18 ноября 1996). «Ньютон - первая победа в дизайне для StrongARM». Отчет о микропроцессоре , стр. 5.
  11. ↑ Intel Corporation (7 октября 1998 г.). «Intel представляет продукты StrongARM для компаньонов ПК». Пресс-релиз.
  12. ^ "Linley Group - ведущие эксперты отрасли на рынках полупроводников для связи" . mdronline.com .
  13. ^ Стефани, Р. и др. (1998). «Микропроцессор CMOS RISC, 200 МГц, 32 бит, 0,5 Вт». Сборник технических документов ISSCC , стр. 238–239, 443.
  14. ↑ Intel Corporation (31 марта 1999 г.). «Процессор Intel StrongARM, сопутствующий чип, оптимизированный для портативных вычислительных устройств». Пресс-релиз.
  15. ↑ Мартин Уильямс (14 февраля 2003 г.). «Intel помещает StrongArm в камеру смертников». InfoWorld .
  16. ^ "Linley Group - ведущие эксперты отрасли на рынках полупроводников для связи" . mdronline.com .
  17. ^ "Linley Group - ведущие эксперты отрасли на рынках полупроводников для связи" . mdronline.com .
  18. ↑ Рик Бойд-Меррит; Питер Кларк (24 июля 1998 г.). «Intel раскроет подробности о чипе StrongARM» . EE Times .
  19. ^ Prashant П. Ганди (18 августа 1998). «SA-1500: RISC-процессор 300 МГц с подключенным медиапроцессором». Архивировано 20 ноября 2008 г. на Wayback Machine . Горячие чипсы 10 .
  20. ^ а б в Абиди, А .; Хао Сюй (15–17 сентября 2014 г.). «Понимание схемы рекуперативного компаратора. Раздел III. Защелка StrongArm». Материалы конференции IEEE 2014 Custom Integrated Circuits Conference . IEEE . DOI : 10.1109 / CICC.2014.6946003 . ISBN 978-1-4799-3286-3.
  21. ^ a b c Разави, Б. (22 июня 2015 г.). "Защелка StrongARM". Журнал IEEE Solid-State Circuits Magazine . IEEE . 7 (2): 12–17. DOI : 10.1109 / MSSC.2015.2418155 .
  22. ^ Кобаяши, Т .; Ногами, К .; Широтори, Т .; Fujimoto, Y .; Ватанабэ, О. (4–6 июня 1992 г.). «Усилитель с фиксацией тока и статический входной буфер для энергосбережения для маломощной архитектуры». 1992 Симпозиум по схемам СБИС. Сборник технических документов . IEEE : 28–29. DOI : 10.1109 / VLSIC.1992.229252 . ISBN 0-7803-0701-1.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • "СтронгАРМ-1500 захватывает MPEG-2". (8 декабря 1997 г.). Отчет микропроцессора .
  • Хафхилл, Том Р. (19 апреля 1999 г.). «Intel объединяет StrongArm с новыми чипами». Отчет микропроцессора .
  • Литч, Тим; Слэйтон, Джефф (март / апрель 1998 г.). "StrongARMing Portable Communications". IEEE Micro . С. 48–55.
  • Santhanam, S. et al. (Ноябрь 1998 г.). «Недорогой процессор RISC с тактовой частотой 300 МГц и подключенным медиапроцессором». IEEE Journal of Solid-State Circuits , vol. 33, нет. 11. С. 1829–1839.
  • Терли, Джим (13 ноября 1995 г.). «StrongArm повышает производительность ARM». Отчет микропроцессора .
  • Терли, Джим (15 сентября 1997 г.). "SA-1100 ставит КПК на микросхему". Отчет микропроцессора .
  • Витек, Рич; Монтанаро, Джеймс (1996). «StrongARM: высокопроизводительный процессор ARM». Материалы КОМПКОН-96 , с. 188–191.