處理器技術(shù)推動(dòng)者易位 車(chē)用SoC最先進(jìn)

在今年度的國際固態(tài)電路會(huì )議(ISSCC 2016)上，有兩款車(chē)用系統單晶片(SoC)成為數位處理器議程中最有趣、最大膽創(chuàng )新的晶片技術(shù)展示;它們比分別由聯(lián)發(fā)科(MediaTek)與AMD所發(fā)表的最新智慧型手機與PC處理器內含更多核心、采用更激進(jìn)的制程技術(shù)。

那兩款車(chē)用晶片是瑞薩(Renesas)設計、采用16nm FinFET制程，其中之一是符合ISO26262標準、內含8顆ARM v8核心、2顆ARM R7核心以及3顆Imagination繪圖處理(GPU)核心的車(chē)用安全晶片;另一款則是針對車(chē)用資通訊娛樂(lè )系統與駕駛輔助系統應用的視訊處理器晶片，采用了6種不同類(lèi)型的17顆視訊處理器。

“在過(guò)去，技術(shù)推動(dòng)者是智慧型手機應用處理器，但情況已經(jīng)改變了;”參與設計上述視訊SoC的瑞薩資深工程師Seiji Mochizuki在接受訪(fǎng)問(wèn)時(shí)表示，有鑒于車(chē)用資通訊娛樂(lè )系統以及駕駛附注系統的需求：“車(chē)用SoC將會(huì )需要比智慧型手機處理器高得多的性能，未來(lái)的車(chē)用處理器必須以最先進(jìn)的技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)。”

負責車(chē)用安全SoC開(kāi)發(fā)的另一位瑞薩工程師Chikafumi Takahashi補充指出：“這是來(lái)自市場(chǎng)的需求，因為我們需要處理大量資料。

瑞薩開(kāi)發(fā)的車(chē)用安全處理器采用16nm制程技術(shù)

ISSCC的?？?、微處理器分析師David Kanter同意以上觀(guān)點(diǎn)，他指出汽車(chē)的功率限制并不像手機那么多，而且對晶片的需求快速成長(cháng)，特別是下一個(gè)十年將問(wèn)世的自動(dòng)駕駛車(chē)輛：“手機市場(chǎng)發(fā)展趨緩，意味著(zhù)人人都在找下一個(gè)大商機;而顯然資料中心領(lǐng)域已經(jīng)是英特爾(Intel)的天下，但汽車(chē)領(lǐng)域還有很多能像是Nvidia等廠(chǎng)商取得差異化的機會(huì )。”

Kanter指出，汽車(chē)也是一個(gè)能在單晶片中整合、虛擬化許多功能的成熟應用環(huán)境，可利用如瑞薩所展示、在安全關(guān)鍵功能進(jìn)行個(gè)別設計的方法。瑞薩的車(chē)用視訊處理器現在已經(jīng)開(kāi)始提供樣品，不過(guò)安全晶片則仍在進(jìn)行評估。

配備12通道的瑞薩處理器進(jìn)行高解析度視訊解碼僅耗電197mW

聯(lián)發(fā)科智慧型手機應用處理器內含10核心

車(chē)用處理器還沒(méi)有完全把手機處理器比下去，目前市面上其實(shí)只有少數晶片是采用14/16nm FinFET制程;主要是蘋(píng)果(Apple)、三星(Samsung)智慧型手機的應用處理器，還有高通(Qualcomm)的Snapdragon 晶片。

聯(lián)發(fā)科在ISSCC發(fā)表的最新智慧型手機處理器也不落人后，整合了8顆Cortex-A53、2顆A57核心，以及GPU、數據機與多媒體子系統。該款晶片采用20nm制程，將處理器核心分成三個(gè)叢集;中階的2GHz A53核心叢集占據獨特的地位，提供比低階的1.4G A53核心叢集高40%的性能，以及比高階2.5 GHz A72核心叢集低40%的耗電。

聯(lián)發(fā)科技術(shù)副總Uming Ko表示，因為晶片尺寸小，在手機處理器內可以整合多少顆核心并沒(méi)有限制：“如果你在超低功耗與高性能之間畫(huà)一條直線(xiàn)，沿著(zhù)它還有足夠的性能點(diǎn)可以讓你繼續找到添加夠多核心的效益。”

聯(lián)發(fā)科以20nm制程生產(chǎn)的應用處理器已經(jīng)開(kāi)始出貨

AMD的工程師則展示了讓其PC 處理器Carrizo性能提升15%的聰明方法──僅透過(guò)簡(jiǎn)單地提供更積極的電源管理技術(shù)到該28nm制程設計中。該Bristol Ridge平臺設計，是利用電源管理方案來(lái)克服與發(fā)熱、電壓、電流息息有關(guān)的性能限制。

16nm設計挑戰

另外我還詢(xún)問(wèn)瑞薩工程師有關(guān)于16nm節點(diǎn)的設計經(jīng)驗，采用該制程的處理器設計需要克服多重圖形(multi-patterning)與FinFET的挑戰，晶片架構在某種程度上需要有所改變;不過(guò)他們有其他的看法。

Takahashi表示：“16nm節點(diǎn)有許多考驗與困難…功號是一個(gè)問(wèn)題，有時(shí)候可靠度也是問(wèn)題;”他指出，16nm晶片的記憶體單元非常小，而且記憶體線(xiàn)(memory lines)很短、因此更容易遭遇軟體錯誤。”

而Takahasi也表示，晶圓代工廠(chǎng)會(huì )提供16nm互連，但缺乏對先進(jìn)功能的支援，像是瑞薩在自家晶片上互連內建的服務(wù)品質(zhì)(quality-of- service controls)控制。為了簡(jiǎn)化16nm設計與驗證工作，需要采用更高階的設計語(yǔ)言例如System C。

此外Mochizuki 則指出，16nm晶片使用相對較高頻率的時(shí)脈，很難維持低功耗;他表示，16nm節點(diǎn)：“與前幾世代的制程比較起來(lái)彈性較少…為了降低功耗，我們可能需要改變設計模式。”