Mikrokontroler.pl - portal dla elektroników

Do tej pory duża wydajność obliczeniowa architektur x86 była powiązana z jej energochłonnością. Firma Marvell, będąca producentem procesorów z rdzeniami ARM, udowodniła wprowadzając swój procesor Armada XP (rys. 1), że wysoka wydajność może być kojarzona z energooszczędnością. Użyty w nazwie procesora akronim „XP” oznacza ekstremalną wydajność (ang. eXtreme Performance ).

Rys. 1. Wygląd układ Armada XP
[źródło: www.marvell.com]

Architektura ARM, przeznaczona pierwotnie do zastosowań, w których niski pobór mocy był ważniejszy od mocy obliczeniowej, z czasem zyskała silną pozycję w aplikacjach takich jak routery oraz telefony komórkowe. Obecnie architektura ARM podąża w kierunku aplikacji najwyższej klasy, jak np. serwery oraz stacje robocze. Wejście architektury ARM w ten segment rynku może oznaczać, że w przyszłości będziemy obserwować niemal bezgłośne serwerownie. Jest to istotne zwłaszcza w przypadku dużych firm, w których przyzwyczajono się do wysokiego poziomu hałasu w serwerowniach, wynikającą z dużej liczby wentylatorów komputerowych działających na pełnych obrotach. Jeśli ich użycie może zostać zminimalizowane, przyczyni się to do znacznego zredukowania kosztów utrzymania tych obiektów.

ARM

Akronim „ARM” (ang. Advanced RISC Machine ) oznacza 32-bitową architekturę procesorów typu RISC, która stała się bardzo powszechna, a jej rozwój jest kontynuowany przez firmę o tej samej nazwie – ARM Ltd. Interesującym faktem jest to, że spółka ARM nie sprzedaje swoim klientom krzemowych wersji procesorów, lecz licencjonuje ich architekturę, jako własność intelektualną. Firmy, które wykupiły licencję, mogą wykorzystywać architekturę ARM w swoich układach oraz integrować swoje własne bloki peryferyjne z rdzeniem procesora. Niektóre firmy są uprawnione do podjęcia dalszego rozwoju architektury ARM w celu pełnego wykorzystania jej możliwości. Jednym z tych przedsiębiorstw jest firma Marvell, która początkowo działała w sektorze komunikacji internetowej oraz magazynowania danych, a w ostatnich latach zyskała stabilną pozycję na rynku ARM.

W swojej ofercie firma Marvell ma procesory do zastosowań w urządzeniach mobilnych z wyświetlaczami oraz wbudowane procesory określane mianem „obliczeniowców” stosowane w routerach i wielu innych aplikacjach. Głównym tematem prac optymalizacyjnych firmy nad tym rdzeniem jest zachowanie równowagi pomiędzy wysoką wydajnością a niskimi stratami mocy. Marvell kontynuuje swoje starania dążące do osiągnięcia tego celu wraz ze swoim najnowszym produktem wśród procesorów wbudowanych.

Rodzina produktów

Rodzina Armada XP firmy Marvell zawiera 3 wersje procesorów. Dobór procesora do wymogów użytkownika będzie zależał od wymaganej wydajności oraz urządzeń peryferyjnych potrzebnych do jej osiągnięcia. Zaletą tej rodziny produktów jest to, że wszystkie wersje procesorów są zgodne pod względem wyprowadzeń, w związku z tym są one łatwo wymienne.

Rdzeń

Najnowsza wersja rdzenia Sheeva, znanego pod nazwą kodową PJ4B-MP jest „sercem” procesora Armada XP. Taktowany zegarem o częstotliwości do 1,6 GHz rdzeń Sheeva firmy Marvell dobrze wypada w porównaniach ze swoimi konkurentami, bazującymi na standardowych rdzeniach ARM Cortex-A8/A9. W testach wydajności operacji stałoprzecinkowych (ang. Dhrystone benchmarks ) osiąga on 2,6 DMIPS/MHz (w porównaniu z 2,44 DMIPS/MHz dla rdzenia Cortex-A9), a w teście wydajności CoreMark jego wynik to 3,42/MHz (Cortex-A9: 2,88/MHz). Na rynku są dostępne inne procesory, które osiągnęły lepsze rezultaty, ale jest ich bardzo niewiele w kategorii poboru mocy poniżej 10 W.

Rys. 2. Rdzeń procesorów firmy Marvell PJ48B-MP
www.marvell.com]

Bliższe spojrzenie na rdzeń (rys. 2), który obsługuje zarówno zestawy instrukcji ARMv6 jak też ARMv7, pokazuje zalety procesora Armada XP. Wykonany przy wykorzystaniu technologii 40 nm rdzeń, zapewnia przetwarzanie symetryczne SMP (ang. Symmetric Multiprocessing ), wieloprocesowość asynchroniczną AMP (ang. Asynchronous Multiprocessing ) oraz wieloprocesowość hybrydową BMP (ang. Bound Multiprocessing ). Dzięki AMP, każdy rdzeń może mieć swój własny system operacyjny, co pozwala na przeprowadzanie kontroli bezpieczeństwa, gdzie różne rdzenie pracują niezależnie, monitorując siebie nawzajem. Równoważenie obciążenia jest stałe i zaimplementowane już w fazie programowania systemu. Bardziej dynamiczne równoważenie obciążenia jest zapewnione przez SMP. W tym trybie system operacyjny, a właściwie jego jądro (ang. kernel ), przydziela procesy do dostępnych rdzeni. W rezultacie aplikacje współdzielą pamięć oraz rdzenie procesora. Kolejną zaletą SMP jest mniejsze opóźnienie w wykonywaniu przerwań. Zaraz po pojawieniu się przerwania, jest ono obsługiwane przez jeden ze rdzeni. Wieloprocesowość hybrydowa jest rozwinięciem przetwarzania symetrycznego. BMP pozwala programistom na przypisanie specjalnych zadań do konkretnych rdzeni, zapewniając im pełną kontrolę nad tym, który rdzeń będzie odpowiedzialny za wykonanie określonej aplikacji, jednocześnie korzystając z zalet SMP dla innych zastosowań. Oprócz SMP/BMP, firma Marvell zaimplementowała w swoim produkcie kolejną technologię zapewniającą szybsze działanie systemu. Programiści mogą wybrać aktywację wielowątkowości współbieżnej SMT (ang. Simultaneous Multithreading ). SMT umożliwia równoległe wykonywanie różnych, niezależnych od siebie, wątków na pojedynczym rdzeniu. W ten sposób niewykorzystywane jednostki wykonawcze nie są blokowane przez te procesy i mogą posłużyć do wykonywania innych zadań. Na przykład jeden proces może wykonywać operację zmiennoprzecinkową, podczas gdy inny proces równocześnie wykonuje operację na liczbach całkowitych.