定制处理器：实现廉价芯片的新途径 (定制化芯片)

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　　工程师可以通过移除通用微*的无用逻辑门，将其尺寸和功率降低一半。　　伊利诺伊大学电气和计算机工程专业副教授拉凯什库马尔（RakeshKumar）表示：“当前的处理器规划已超出绝大多数使用程序的需要。”一个人尽皆知的必然事实是：为了具备编程能力和灵活性，处理器上的组件将连续增加，但很少有使用程序会运用它们。对于驱动全新嵌入式计算机平台（例如可穿戴设备和物联网传感器）的超低功率微*而言，更是如此。该类设备通常只运行一个简单使用程序，没有其他运行内容（甚至没有*作*），这就意味着该类设备所用芯片的绝大部分线路将不会处理任何数据信息。　　库马尔、明尼苏达大学助理教授约翰萨托瑞（JohnSartori，曾是库马尔的学生）以及他们的学生们打算对这部分被浪费的资源加以利用。他们的搞定方案从通用微*的规划入手。他们想出了一个方式，能够快速确定哪些逻辑门从未参与到需要运行的使用程序中，然后，他们将多余的逻辑门一一去除。去除之后的成果就是库马尔所称的“定制处理器”。相对于原微*来说，定制处理器体积更小、复杂度更低，仅执行使用程序所需的功能。6月份，库马尔和萨托瑞在于多伦多举行的第届国际计算机体系结构大会中，对定制处理器项目进行了详细介绍。　　库马尔表示：“我们的方式是找出使用程序一定不会运用的所有硬件，而不管输入内容是什么。”最后剩下的就是“数据可以运用的所有可能路径的并集或超集。然后，我们将未运用的硬件予以去除。”　　他们从openMSP微*开始着手，打造旨在运行傅里叶变换、自相关联和内插滤波等使用的定制规划。相对于原规划，新规划的逻辑门数量减少了一半以上。事实上，他们研究的款通用微*使用程序，所需的逻辑门数量比例均未超过%。平均来看，改造后的芯片体积减少了%，功耗降低了%。通过缩*号的传输距离，有效节省时间，他们使平均功耗进一步降低，降幅达到%。

在分析——openMSP微*中运行的两大使用程序——intFilt和ScrambledintFilt所利用的逻辑门范围时，灰点是两个使用程序均未运用的逻辑门，而红点则是ScrambledintFilt未运用的逻辑门。　　萨托瑞表示：“实际情况确实出人意料。绝大部分的人都会认为在这样简单的小型处理器中，所有部件应该始终处于工作状态；但对于给定的某个使用程序而言，即便完全移除多个逻辑门，使用程序依旧可以完美运行。”　　如果你想运行两个或多个使用程序，该方式依旧适用；该方式甚至能够同时处理一个*作*和一个使用程序。他们对实时*作*FreeRTOS进行了测验，在它单独运行时，测验发现共有%的逻辑门未接收任何数据。如果将FreeRTOS和上述个使用程序中的任何一个一起运行，那么就剩下不够%的逻辑门未运用，但库马尔指出，这些使用程序通常是“裸机”运行，无需任何*作*。　　那么为什么不考虑运用特定用途集成电路（ASIC）呢？答案是：成本。库马尔表示，嵌入式微*主要用于低体量、低利润领域，如果进行ASIC所需的全面规划和测验工作，将产生高昂的成本。从标准的微*规划入手，整个流程将更简洁，成本将更低。　　库马尔说，这就像一只“黑匣子，输入使用程序，然后就可获得处理器规划”。　　但来自市场研究公司H*的首席嵌入式处理器分析师汤姆哈肯伯格（TomHackenberg）认为，事实可能不会这么简单。在制造全新特定用途芯片的过程中，仍将产生测验、验证和其他成本。如果技术无法充分降低规划流程成本，则廉价微*（平均*约为1美元，但最低可至美分）仍为最优搞定方案。　　哈肯伯格表示，如果上述概念“可以实现他们声称能够实现的目的，那么规划一个适用于特定使用程序的处理器可能是一个更简单的过程”。位于英国剑桥的ARM公司的研究工程师们希望事实能够如此简单。他们正在着力实施一项名为“塑料ARM”的项目，旨在运用印刷电子技术制造成本为1美分的一次性塑料微*。项目主管詹姆斯迈尔斯（JamesMyers）表示，他们初次制成的成品面积达7.5平方厘米。经过一整年的辛苦规划工作，才实现了1平方厘米以下的规划目标，并按照使用程序的要求对微*进行了个性化调整。今年夏天，在萨托瑞的一名学生的帮助下，该团队计划运用定制处理器技术，看看能否在节省工作付出的情况下，获得同样或更优的成果。　　他表示：“借助印刷电子技术，规划芯片的门槛应该会比硅片低，也会存在更多针对特定使用规划的机会，但如果规划成本仍维持在原水平，则该类规划工作很难实现突破。我想要的是降低这类工作的规划和制造成本。如果可以自动生成一个定制版处理器……那么将大有裨益。”