新思科技最新的Superscalar ARC HS處理器可有效提升高階嵌入式應用的RISC及DSP效能
前言：
DesignWare ARC HS4x系列具備整合的DSP能力
其訊號處理效能是上一代ARC HS核心的兩倍
2017年6月26日新思科技近日宣布，針對高效能嵌入式應用推出最新的DesignWare® ARC® HS4x 和HS4xD處理器系列。ARC HS44、HS46、 HS48、HS45D 以及HS47D處理器提供單核心、雙核心和四核心的配置選擇，採雙指令超純量架構 (superscalar architecture)，能實現每核心高達6000 DMIPS的處理效能，是ARC HS 系列產品中效能最好的處理器。此外，HS45D 和HS47D也支援超過150個DSP優化的指令，可提升兩倍的效能，同時還結合了高效能控制與高效率數位訊號處理。為了讓新硬體功能的運用更容易、讓軟體開發的流程更簡單，新思科技強化了MetaWare開發工具組，像是加入了雙指令管線(pipeline)的支援、提供豐富的DSP軟體庫以及優化的C/C++編譯器(compiler)。另外，針對固態硬碟(solid-state drive，SSD)、無線基頻、無線控制、家用網路、車用控制與資訊娛樂、多頻道家用音響、高階人機互動介面(human-machine interface，HMI)、工業控制和家庭自動化等各式高階嵌入式應用，ARC HS4x 和HS4xD處理器的設計可滿足其對功耗、效能和晶片面積的需求。
北京憶芯科技公司執行長沈飛表示，企業市場的需求不斷地演進，我們的設計團隊得設法提高SSD控制器的效能，因此面臨很大的壓力，而新思科技最新的ARC HS4x 和HS4xD處理器除了將效能提升到新的層次，還能減少功耗、縮小晶片面積，這對我們的應用來說非常重要，ARC開發工具和生態體系也將協助我們加速軟體開發以及專案時程。
市場研究機構Linley Group首席分析師Linley Gwennap則表示：「隨著嵌入式應用的日益增加，我們需要一個能結合高效能RISC執行與省能訊號處理的解決方法。新思科技最新的HS4xD處理器具備超純量架構同時支援硬體DSP，可提供設計人員另一種執行個別CPU和DSP核心的方式，進而節省功耗和矽閘 (silicon gate)。」
雙指令HS4x系列提供高階控制及嵌入式Linux能力
ARC HS44、HS46 及HS48處理器利用ARCv2指令集架構(ISA)，能實現低功耗及較小矽足跡(silicon footprint)的高效能嵌入式設計。ARC HS4x系列具備可支援亂序執行(out-of-order execution)的高速10階雙指令管線，能將閒置處理器的週期縮短至最小，並達到最高的指令產出量(instruction throughput)。就一般16奈米FinFET製程來說，這些處理器能以2.5 GHz的運行速度，實現每核心高達6000 DMIPS的處理效能，而卻只需用到0.06 mm2的晶片面積，而且每兆赫僅耗用37微瓦。再者，其複雜的分支預測(branch prediction)與最後階段(late-stage)的ALU能降低載入-使用(load-to-use)延遲，可提升指令處理的效率。HS4x處理器有單核心、雙核心和四核心三種配置，可實現每叢集(cluster) 24,000 DMIPS的效能。HS46 以及HS48可提供高達64KB的指令快取(instruction cache)以及64KB的資料快取(data cache) ，並支援一級(L1)快取一致性(cache coherency)。此外，HS48也結合了 最高8MB的二級(L2)快取，並支援Linux對稱多處理(symmetric multiprocessing ，SMP)的全功能(full-featured)記憶體管理單元(memory management unit ，MMU)。如同所有的ARC處理器，所有的HS4x處理器也都具備可配置性，能執行ARC Processor EXtension (APEX)技術，讓額外的自定義指令也能滿足目標應用在效能、功耗及晶片面積上的特殊需求。
ARC HS44、HS46 及HS48處理器利用ARCv2指令集架構(ISA)，能實現低功耗及較小矽足跡(silicon footprint)的高效能嵌入式設計。ARC HS4x系列具備可支援亂序執行(out-of-order execution)的高速10階雙指令管線，能將閒置處理器的週期縮短至最小，並達到最高的指令產出量(instruction throughput)。就一般16奈米FinFET製程來說，這些處理器能以2.5 GHz的運行速度，實現每核心高達6000 DMIPS的處理效能，而卻只需用到0.06 mm2的晶片面積，而且每兆赫僅耗用37微瓦。再者，其複雜的分支預測(branch prediction)與最後階段(late-stage)的ALU能降低載入-使用(load-to-use)延遲，可提升指令處理的效率。HS4x處理器有單核心、雙核心和四核心三種配置，可實現每叢集(cluster) 24,000 DMIPS的效能。HS46 以及HS48可提供高達64KB的指令快取(instruction cache)以及64KB的資料快取(data cache) ，並支援一級(L1)快取一致性(cache coherency)。此外，HS48也結合了 最高8MB的二級(L2)快取，並支援Linux對稱多處理(symmetric multiprocessing ，SMP)的全功能(full-featured)記憶體管理單元(memory management unit ，MMU)。如同所有的ARC處理器，所有的HS4x處理器也都具備可配置性，能執行ARC Processor EXtension (APEX)技術，讓額外的自定義指令也能滿足目標應用在效能、功耗及晶片面積上的特殊需求。
具備高效率DSP的HS4xD系列
HS45D 與HS47D能提供和HS4x處理器一樣的高階控制功能，同時還具備額外的DSP能力，適用於基頻、音訊、語音和其他訊號處理應用。為了加速數學函數的執行，HS45D 和HS47D讓設計人員可執行硬體整數除頻器(integer divider)、64位元乘法指令、乘積累加運算(multiply-accumulate，MAC)、向量加法與向量減法，以及實現可配置的單精確度(single precision)、雙精度(double precision)或兩者兼具的IEEE 754浮點演算法(floating point unit)。ARC HS4xD處理器與超低功耗ARC EmxD處理器相容，兩者具備同樣的指令集，如此一來兩個處理器系列之間的指令轉移將為容易。
HS45D 與HS47D能提供和HS4x處理器一樣的高階控制功能，同時還具備額外的DSP能力，適用於基頻、音訊、語音和其他訊號處理應用。為了加速數學函數的執行，HS45D 和HS47D讓設計人員可執行硬體整數除頻器(integer divider)、64位元乘法指令、乘積累加運算(multiply-accumulate，MAC)、向量加法與向量減法，以及實現可配置的單精確度(single precision)、雙精度(double precision)或兩者兼具的IEEE 754浮點演算法(floating point unit)。ARC HS4xD處理器與超低功耗ARC EmxD處理器相容，兩者具備同樣的指令集，如此一來兩個處理器系列之間的指令轉移將為容易。
HS4xD處理器混合了高效能RISC與DSP能力，讓行動、家用及車用資訊娛樂應用的多頻道音訊處理更有效率。HS4xD可同時處理通訊堆疊(communications stack)及檔案系統支援等控制任務(control task)，同時提供訊號處理頻寬，可支援音訊解碼、後處理(post-processing)和以語音為基礎的 HMI處理。這些任務對於家用的高效能無線串流(wireless streaming)揚聲系統以及聲控助理來說很重要。新思科技以及第三方合作夥伴目前已推出HS4xD系列的優化音訊/語音編解碼器與後處理軟體。
MetaWare開發工具組使HS4x/HS4xD處理器編程更容易
ARC HS4x 以及HS4xD處理器系列擁有強大的軟硬體開發工具生態系統的支援，其中包括MetaWare編譯器/偵錯器、nSIM指令集模擬器(instruction set simulator)、MQX即時作業系統(real-time operating system，RTOS)，以及來自業界領導廠商的第三方工具、作業系統(包含Linux)和中介軟體(middleware)。MetaWare開發工具組包含優化的DSP功能庫，如FFT &DCT與FIR &IIR濾波器(filter)，以及向量和矩陣數學函數，能讓軟體工程師從標準DSP建構模塊(building block)中快速地執行運算。該工具組也包括用來開發語音編解碼器的ITU-T資料庫。針對一般的C程式碼，該編譯器可自動產生ARCv2DSP ISA指令以達到最好的效能，例如支配與自動向量化(guided and auto vectorization)的優化。
ARC HS4x 以及HS4xD處理器系列擁有強大的軟硬體開發工具生態系統的支援，其中包括MetaWare編譯器/偵錯器、nSIM指令集模擬器(instruction set simulator)、MQX即時作業系統(real-time operating system，RTOS)，以及來自業界領導廠商的第三方工具、作業系統(包含Linux)和中介軟體(middleware)。MetaWare開發工具組包含優化的DSP功能庫，如FFT &DCT與FIR &IIR濾波器(filter)，以及向量和矩陣數學函數，能讓軟體工程師從標準DSP建構模塊(building block)中快速地執行運算。該工具組也包括用來開發語音編解碼器的ITU-T資料庫。針對一般的C程式碼，該編譯器可自動產生ARCv2DSP ISA指令以達到最好的效能，例如支配與自動向量化(guided and auto vectorization)的優化。
新思科技IP行銷副總裁John Koeter表示：「伴隨著SSD、無線控制和家用網路等嵌入式應用的大量創新以及相關應用與日俱增的複雜性，對於大幅提高嵌入式處理器效能的需求也就越來越多。最新的ARC HS4x 和HS4xD處理器是ARC系列產品中效能最好的，能協助設計人員因應嵌入式設計在控制與訊號處理方面的需求。」
關於Synopsys
新思科技是專為開發電子產品及軟體應用的創新公司，也是提供「矽晶到軟體（Silicon to Software™）」解決方案的最佳合作夥伴。身為全球第15大的軟體公司，新思科技長期以來是全球電子設計自動化（EDA）和半導體IP領域的領導者，並發展成為提供軟體品質及安全測試的領導廠商。不論是針對開發先進半導體系統單晶片（SoC）的設計工程師，或正在撰寫應用程式且要求高品質及安全性的軟體開發工程師，新思科技都能提供所需的解決方案，以協助工程師完成創新、高品質並兼具安全性的產品。更多詳情請造訪：www.synopsys.com。
