HPC相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展及應用

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信和芯片技術(shù)的快速發(fā)展，HPC(手持電腦、掌上電腦)等微型個(gè)人數字設備的發(fā)展日新月異?，F階段各種HPC的功能基本都趨于相同，那么下階段HPC會(huì )在哪些方面有所創(chuàng )新和突破呢？本文作者將結合正在從事的HPC開(kāi)發(fā)項目對此問(wèn)題做一探討，并介紹與HPC發(fā)展緊密聯(lián)系的幾項新技術(shù)。
1 CPU主頻速度的快速提高和高度集成化
　　針對各種手持數字設備的需求，各個(gè)半導體芯片廠(chǎng)商都投入了很大的力量研發(fā)和生產(chǎn)適用于這些設備的CPU及協(xié)處理器芯片。用于手持設備的處理器必須高度緊湊、低功耗、低成本。為了充分縮小掌上電腦的尺寸，廠(chǎng)商甚至把少量存儲器和I／O端口也一并集成到芯片中。
　　大家熟悉的大多數臺式PC都是使用CISC微處理器，如Intel的x86和Motorola的68000家族，它們都使用了復雜的指令集，包括了所有數學(xué)指令，如Add、Sub、Mul、Div等。這些指令中的一些經(jīng)常使用，另一些用得極少，但CISC處理器將處理全部的指令集。而掌上電腦使用的是RISC處理器。RISC處理器精簡(jiǎn)了指令，使得它可以運行得更快。RISC只有數學(xué)指令的子集，也就是說(shuō)，可能只有Add和Sub。這并不是說(shuō)它就不能執行乘除，它是采用一組簡(jiǎn)單而快速的指令來(lái)完成同樣工作，例如，乘法可以是基于多次加法，而除法也相當于多次減法。RISC芯片同樣主頻下能執行的指令比CISC芯片快得多，并且也更廉價(jià)。RISC結構體系有兩大主流：Silicon Graphics公司(硅谷圖形公司)的MIPS技術(shù)，ARM公司的Advanced RISC Machines技術(shù)。此外Hitachi(日立公司)也有自己的一套RISC技術(shù)SuperH。不過(guò)，MIPS技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)是領(lǐng)先者，領(lǐng)先Hitachi，同時(shí)市場(chǎng)份額是ARM的四倍。

這些芯片的速度越來(lái)越快、功能也越來(lái)越多。接下來(lái)，NEC VR系列將會(huì )達到168MHz，Intel最新的StrongARM將沖刺600MHz，Hitachi將在2000年第四季投產(chǎn)SH5(400MHz／714MIPS／600mW)?？梢灶A見(jiàn)，到2001年中，150MHz到200MHz的掌上電腦的處理器將只是最普遍的檔次，并且芯片上的Cache容量會(huì )翻倍，如表1。以英特爾公司的StrongArm系列為例，現在其最高主頻已經(jīng)達到了206MHz。通過(guò)利用高性能的微結構，先進(jìn)的CMOS工藝技術(shù)和大容量的片上存儲Cache，在MIPS／mW指標上已經(jīng)處在了領(lǐng)先地位，從而使得移動(dòng)設備可以利用操作系統和強化性能的應用程序提供更快的響應，包括語(yǔ)音和手寫(xiě)體識別，軟件MODEM和更有效的JAVA解釋。通過(guò)低電壓工藝技術(shù)優(yōu)化了電源利用率，具有提供低功耗高性能的獨特能力。與之相應的協(xié)處理器集成了SSP串行數據接口、USB主控制器，與AC－link和I2S音頻編解碼器的串行接口，PCMCIA卡和CF卡接口以及多個(gè)附加的I／O接口，并提供了一個(gè)專(zhuān)用內存控制器能降低系統帶寬需求，提供如此眾多的手持應用的關(guān)鍵I／O功能，最大限度地提高了系統的總體性能。
　　以上述處理器芯片為主，添加必要的外圍電路并配合相應的少量外設，就可以非常方便地設計出功能強大的HPC產(chǎn)品。我們設計的基本硬件構成框圖如圖1所示。該框圖是一個(gè)HPC的全方位解決方案。對其外圍電路進(jìn)行修改，就可以設計出針對不同要求，提供不同功能，處于不同價(jià)位的各款數字終端產(chǎn)品。

2 HPC中集成無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊并接入WAP服務(wù)
　　應該說(shuō)，在掌上電腦中加入無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將是大勢所趨，也是HPC發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段的標志?？梢哉f(shuō)，哪個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家能率先在這方面取得突破，誰(shuí)就能在HPC上取得先機，占領(lǐng)市場(chǎng)。目前絕大部分的掌上電腦都不具有無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，需要連接電話(huà)線(xiàn)或手機才能接入網(wǎng)絡(luò )，瀏覽信息。即使是一些帶有無(wú)線(xiàn)模塊的手持設備，如摩托羅拉的寶典828掌中網(wǎng)機，也只可以進(jìn)行單向的無(wú)線(xiàn)接收。參照GSM手機的設計，我們可以在掌上電腦中集成無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，其初步方案如圖2所示。用戶(hù)能通過(guò)掌上電腦連接到GSM移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)，再接入到Internet上，真正實(shí)現帶有移動(dòng)通信功能的掌上電腦。掌上電腦要求小型化、省電、高可靠性，所以無(wú)線(xiàn)模塊部分的芯片需采用專(zhuān)用集成電路。這里面還要考慮到電磁干擾的屏蔽和硬件電路的小型化?，F在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。如果加入了無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊后，我們就可以利用原有的音頻編解碼電路和無(wú)線(xiàn)模塊連接起來(lái)，提供類(lèi)似手機的無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音通信功能，撥號可以通過(guò)觸摸屏來(lái)完成。設計方案如圖2所示。