Performance für Steuerungen und Smartphones

MIPS Technologies hat am 10. Mai seine neue Generation von Mikroprozessor-Kernen vorgestellt. Unter dem Namen Aptiv bietet der Hardware-Hersteller die Produkte in drei Leistungsstufen für unterschiedliche Anwendungen an.
Auftraggeber fordern geringen Energieverbrauch bei hoher Leistung. Dies gaben Ingenieure zu mehr als einem Drittel in einer Studie an. Diese Studie, die McClenahan Bruer Communications im Auftrag des Hardware-Herstellers unter 110 Ingenieuren durchführte, stand am Beginn der Entwicklung der neuen Core-Familie von MIPS-Technologies. Demnach legen 28 Prozent der Befragten ihren Schwerpunkt auf die Reduzierung der Energieverbräuche. 18 Prozent nannten die Perfomance der Prozessoren als wichtigstes Element in der Entwicklung. Und ebenfalls 18 Prozent stellten hohe Rechenleistung in den Vordergrund. Diesen Forderungen will MIPS Technologies gerecht werden und bietet unter den Namen proAptiv, interAptiv und microAptiv Cores in drei verschiedenen Leistungsstufen für verschiedene Anwendungen an. Alle Cores basieren auf der MIPS32 Release 3-Architektur und sollen Entwicklern gestatten, Multicore-Performance für Applikationen auf Tablets und Smartphones zu nutzen, Multi-threading für Basisbandprozessoren und Entry-Level Performance für Embedded-Steuerungen und -Anwendungen anzubieten. So erzielt der hochleistungsfähige proAptiv-Core nach Herstellerangaben die besten CoreMark/MHz-Werte aller lizenzierbaren IP-Cores bei gleichzeitig hoher Flächeneffizienz. Der Multi-threaded interAptiv-Core bietet ebenfalls hohe Leistungseffizienz und soll höhere CoreMark/MHz-Werte als andere Cores mit ähnlich großer Die-Fläche erreichen. Der microAptiv-Core schließlich integriert DSP und SIMD Funktionen für Signalverarbeitungsanforderungen.

proAptiv: Höchste Recheneffizienz

Die Produkte unter dem Namen proAptiv stellen nach Unternehmensangaben leistungseffiziente highend-CPUs mit über 4.4 CoreMark/MHz und 3.5 DMIPS/MHz auf einer wesentlich kleineren Die-Fläche als andere IP-Cores dar. So vergleicht der Hardware-Anbieter seine Produkte mit dem Cortex A15, der bei gleichem CoreMark doppelt so viel Platz benötigen soll. Aufgrund der hohen Rechenleistung eignen sich nach Anbieterangaben die Cores für Anwendungen bzw. Apps auf vernetzten Consumerelektronikgeräten wie Smartphones, Tablets und Home-Entertainment-Geräten sowie für die Control-Plane-Verarbeitung in der Netzwerktechnik. Nach Angaben des Anbieters soll die effiziente Highend-Leistung den Bedarf an ausgefallenen Power-Management-Systemen wie ‚big.LITTLE‘ in vielen mobilen Anwendungen verringern. Im Vergleich zu den Vorgängermodellen, den 74K/1074K-basierten Superscalar-Single-/Multicore-Produkten, bieten die Prozessorkerne 60 bis 75% mehr Leistung bei CoreMark- und DMIPS-Werten. Anwender können die skalierbare Lösung in einem oder mehreren Threads pro Core nutzen. Dabei lassen sich bis zu sechs Cores die in einem Multicore-CPS (Coherent Processing System) miteinander verbinden. Die Cores verfügen über hochleistungsfähige Multi-Issue- und Deeply Out-of-Order (OoO) Architektur mit Branch-Prediction. Neu ist die leistungsfähigere Fließkommaeinheit (FPU) mit hoher synthetisierbarer Frequenz für 1:1-Takt mit Core- und nativer Double-Precision-Ausführung. Die Cores verfügen über einen verbesserten, integrierten Coherence Manager und L2-Cache-Controller mit geringerer Latenz.

interAptiv: Parallele Bearbeitung der Prozesse

Der interAptiv-Core nutzt eine ausgewogene 9-stufige Pipeline mit Multi-threading, liefert so eine hohe Leistung und erzielt nach Herstellerangaben einen um 50% besseren CoreMark/MHz-Wert als andere Cores mit ähnlich großer Die-Fläche. Die Cores kommen in Systemen zu Einsatz, in denen parallele Anwendungen betrieben werden und die hohe Kosten- und Leistungsoptimierung erfordern, beispielsweise Smart Gateways, Basisbandverarbeitung in LTE-Endgeräten und kleinen Zellen, SSD-Controller und in der Automobilelektronik. Die ebenfalls skalierbare Lösung nutzt einen oder mehrere Threads pro Core und bis zu vier vernetzte Cores in einem Multicore-CPS. Die Multi-threaded Pipeline implementiert virtuelle Dual-Prozessoren, die als zwei vollständige CPUs auf einem SMP-Linux-Betriebssystem erscheinen. Hardware Quality of Service (QoS), Thread-Management-Support und Inter-thread-Kommunikation gestatten nach Herstellerangaben eine verbesserte Steuerung von Echtzeit-Anwendungen. Die Cores verfügen – wie die proAptiv-Cores – über den Coherence Manager der zweiten Generation und L2-Cache-Controller mit geringerer Latenz. Zusätzlich bieten die Produkte Support für bis zu zwei I/O-Kohärenzeinheiten, Power-Management-Funktionen auf Core- und CPS-Ebene und ECC-Support (Error Checking and Correction) im L1-Daten-Cache, L2-Cache und Daten-SPRAM sowie Enhanced Virtual Addressing (EVA) für effiziente 32-Bit-Adress-Map-Nutzung, um einen 3GB+ User-Space zu erzielen. Optional steht eine Fließkommaeinheit zur Verfügung.

microAptiv: Präzision auf kleinstem Raum

Der stromsparende und kompakte Echtzeit-Embedded-Prozessor-Core microAptiv mit integrierten Standard-I/Os baut auf der MIPS32 M14K Core-Familie mit microMIPS Code Compression Befehlssatz-Architektur auf. Der Kern integriert DSP- und SIMD-Funktionen für Signalverarbeitungsanforderungen in verschiedenen Embedded-Bereichen wie industriellen Steuerungen, Smart Meter, Automotive und leitungsgebundenen sowie drahtlosen Kommunikationstechniken. Das Produkt nutzt eine 5-stufige Pipeline und erzielt nach Herstellangaben 3.09 CoreMark/MHz und 1.57 DMIPS/MHz im microMIPS-Modus mit 40% bzw. 25% höherer Leistung im Vergleich zu anderen Cores. Erhältlich sind MCU- und MPU-Versionen, also optional mit integriertem Cache-Controller/MMU für Mikrocontroller- und Embedded-Anwendungen. Im Vergleich zu früheren Generationen von MIPS-Cores stehen nun mehr Funktionen für Steuerungs- und DSP-Anwendungen zur Verfügung. Zudem existieren neue Speicherschutzeinheiten (Memory Protection Unit) – für Programmcode- und Datensicherheit, microMIPS-exklusiven Ausführungsmodus, sicheres Debugging und 2-Draht-cJTAG-Support.

Verfügbar im Laufe des Jahres

Mit der neuen Prozessor-Generation will MIPS Technologies seine Marktposition im Bereich Home Entertainment halten und den Bereich Netzwerktechnik stärken. Zudem beabsichtigt das Unternehmen seine Position für den hochvolumigen Embedded-Markt auszubauen und Alternativen für die Entwicklung von Mobilfunkanwendungen bieten. Wie das Unternehmen berichtet, konnte es bereits mehrere große Lizenznehmer für die Cores gewinnen. Die Produkte können ab sofort lizenziert werden. Die proAptiv-Cores sollen ab Mitte des Jahres allgemein erhältlich sein und unterstützen eine Reihe von Funktions- und Leistungsanforderungen mit Single- und Multicore-Versionen. Die neue proAptiv FPU steht ebenfalls zur Verfügung. Ab Mitte 2012 soll die microAptiv-Familie in Dual- und Quadcore-Konfigurationen mit einer optionalen FPU erhältlich sein. Single-Core-Versionen sind für das vierte Quartal 2012 geplant. Die Produkte sind zudem ab sofort als Cache/MMU-Version oder als Core ohne Cache verfügbar.