Sterk arm - StrongARM

For annen bruk, se Strongarm .
"SA-110" omdirigerer her. For den finske militære lastebilen, se Sisu SA-110 .
DEC StrongARM SA-110 mikroprosessor

Den StrongARM er en familie av PC mikroprosessorer utviklet av Digital Equipment Corporation og produsert på slutten av 1990-tallet som er implementert på ARM v4 instruksjonssett arkitektur . Den ble senere solgt til Intel i 1997, som fortsatte å produsere den før den ble erstattet med XScale på begynnelsen av 2000 -tallet.

Historie

I følge Allen Baum sporer StrongARM sin historie til forsøk på å lage en laveffektsversjon av DEC Alpha , som DECs ingeniører raskt konkluderte med var ikke mulig. De ble deretter interessert i design dedikert til applikasjoner med lav effekt som førte dem til ARM-familien. En av de eneste store brukerne av ARM for ytelsesrelaterte produkter på den tiden var Apple , hvis Newton- enhet var basert på ARM-plattformen. DEC henvendte seg til Apple og lurte på om de kan være interessert i en ARM med høy ytelse, som Apple-ingeniørene svarte "Phhht, ja. Du kan ikke gjøre det, men ja, hvis du kunne, ville vi brukt det."

StrongARM var et samarbeidsprosjekt mellom DEC og Advanced RISC Machines for å lage en raskere ARM -mikroprosessor. StrongARM ble designet for å imøtekomme den øvre enden av det innebygde markedet med lav effekt, der brukerne trengte mer ytelse enn ARM kunne levere samtidig som de kunne godta mer ekstern støtte. Mål var enheter som nyere personlige digitale assistenter og set-top-bokser .

Tradisjonelt var halvlederavdelingen til DEC lokalisert i Massachusetts . For å få tilgang til designtalentet i Silicon Valley , åpnet DEC et designsenter i Palo Alto, California . Dette designsenteret ble ledet av Dan Dobberpuhl og var hoveddesignstedet for StrongARM -prosjektet. Et annet designsted som jobbet med prosjektet var i Austin, Texas, som ble opprettet av noen tidligere DEC-designere som returnerte fra Apple Computer og Motorola . Prosjektet ble satt opp i 1995, og leverte raskt sitt første design, SA-110 .

DEC gikk med på å selge StrongARM til Intel som en del av et søksmålsoppgjør i 1997. Intel brukte StrongARM til å erstatte deres skrantende serie med RISC -prosessorer, i860 og i960 .

Da halvlederavdelingen til DEC ble solgt til Intel, flyttet mange ingeniører fra Palo Alto designgruppe til SiByte , et oppstartsselskap som designer MIPS system-on-a-chip (SoC) produkter for nettverksmarkedet. Designgruppen i Austin gikk ut for å bli Alchemy Semiconductor , et annet oppstartsselskap som designer MIPS SoCs for det håndholdte markedet. En ny StrongARM -kjerne ble utviklet av Intel og introdusert i 2000 som XScale .

SA-110

SA-110 var den første mikroprosessoren i StrongARM-familien. De første versjonene, som opererte på 100, 160 og 200 MHz, ble kunngjort 5. februar 1996. Da de ble kunngjort, var prøver av disse versjonene tilgjengelige, med volumproduksjon beregnet til midten av 1996. Raskere versjoner av 166 og 233 MHz ble kunngjort 12. september 1996. Prøver av disse versjonene var tilgjengelige ved kunngjøring, og volumproduksjonen var planlagt til desember 1996. Gjennom 1996 var SA-110 den høyest ytende mikroprosessoren for bærbare enheter. Mot slutten av 1996 var det en ledende CPU for internett-/intranettapparater og tynne klientsystemer . SA-110s første designseier var Apple MessagePad 2000 . Den ble også brukt i en rekke produkter, inkludert Acorn Computers Risc PC og Eidos Optima videoredigeringssystem. SA-110s hoveddesignere var Daniel W. Dobberpuhl , Gregory W. Hoeppner, Liam Madden og Richard T. Witek.

Beskrivelse

SA-110 hadde en enkel mikroarkitektur . Det var en skalærdesign som utførte instruksjoner i rekkefølge med en femtrinns klassisk RISC-rørledning . Mikroprosessoren ble delt i flere blokker, IBOX, EBOX, IMMU, DMMU, BIU, WB og PLL. IBOX inneholdt maskinvare som opererte i de to første stadiene av rørledningen, for eksempel programtelleren . Den hentet, dekodet og ga instruksjoner. Instruksjonshenting skjer i løpet av det første stadiet, dekoder og utsteder i løpet av det andre. IBOX dekoder de mer komplekse instruksjonene i ARM -instruksjonssettet ved å oversette dem til sekvenser av enklere instruksjoner. IBOX håndterte også filialinstruksjoner. SA-110 hadde ikke maskinvare for spådommer , men hadde mekanismer for rask behandling.

Henrettelsen starter på trinn tre. Maskinvaren som opererer i dette stadiet er inneholdt i EBOX, som består av registerfilen , aritmetisk logisk enhet (ALU), fatskifter , multiplikator og tilstandskodelogikk. Registerfilen hadde tre leseporter og to skriveporter. ALU og fatskifter utførte instruksjoner i en enkelt syklus. Multiplikatoren er ikke pipelined og har en latens på flere sykluser.

IMMU og DMMU er minnehåndteringsenheter for henholdsvis instruksjoner og data. Hver MMU inneholdt en 32-oppførings fullt assosiativ oversettelseslookaside buffer (TLB) som kan kartlegge 4 KB, 64 KB eller 1 MB sider . Skrivebufferen (WB) har åtte 16-byte oppføringer. Det muliggjør rørledning av butikker. Bussgrensesnittenheten (BIU) forsynte SA-110 med et eksternt grensesnitt.

Den PLL generering av den interne klokkesignalet fra et eksternt 3,68 MHz klokkesignalet. Det ble ikke designet av DEC, men ble kontrahert til Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique (CSEM) som ligger i Neuchâtel, Sveits .

Instruksjonen cache og data cache hver har en kapasitet på 16 KB, og er 32-veis set-assosiativ og nesten opp. SA-110 ble designet for å brukes med sakte (og derfor rimelig) minne, og derfor tillater den høye angitte associativiteten en høyere treffrate enn konkurrerende design, og bruk av virtuelle adresser gjør at minnet kan bufres og lagres samtidig. Cachene er ansvarlige for det meste av transistortallet, og de tar opp halvparten av dørområdet.

SA-110 inneholdt 2,5 millioner transistorer og er 7,8 mm x 6,4 mm stor (49,92 mm 2 ). Det ble produsert av DEC i sin proprietære CMOS-6-prosess på Fab 6 fab i Hudson, Massachusetts. CMOS-6 var DECs sjette generasjons komplementære metall-oksid-halvlederprosess (CMOS). CMOS-6 har en funksjonsstørrelse på 0,35 µm, en effektiv kanallengde på 0,25 µm, men for bruk med SA-110, bare tre nivåer av aluminiumsforbindelse . Den brukte en strømforsyning med en variabel spenning på 1,2 til 2,2 volt (V) for å gjøre designene i stand til å finne en balanse mellom strømforbruk og ytelse (høyere spenninger muliggjør høyere klokkefrekvenser). SA-110 ble pakket i en 144-pinners tynn quad flat pack (TQFP).

SA-1100

SA-1100 var et derivat av SA-110 utviklet av DEC. SA-1100 ble kunngjort i 1997 og var målrettet for bærbare applikasjoner som PDAer og skiller seg fra SA-110 ved å tilby en rekke funksjoner som er ønskelige for slike applikasjoner. For å imøtekomme disse funksjonene ble databufferen redusert i størrelse til 8 KB.

Ekstrafunksjonene er integrert minne, PCMCIA og fargede LCD-kontrollere som er koblet til en systembuss, og fem serielle I/O-kanaler som er koblet til en perifer buss som er koblet til systembussen. Minnekontrolleren støttet FPM og EDO DRAM, SRAM, flash og ROM. PCMCIA -kontrolleren støtter to spor. Minneadressen og databussen deles med PCMCIA -grensesnittet. Limlogikk er nødvendig. De serielle I/O -kanalene implementerer et slave -USB -grensesnitt, en SDLC , to UART -er , et IrDA -grensesnitt, et MCP og en synkron seriell port .

SA-1100 hadde en ledsagerbrikke, SA-1101. Den ble introdusert av Intel 7. oktober 1998. SA-1101 ga ytterligere eksterne enheter som et supplement til de som er integrert på SA-1100, for eksempel en videoutgangsport, to PS/2- porter, en USB-kontroller og en PCMCIA-kontroller som erstatter den på SA-1100. Designet på enheten startet av DEC, men var bare delvis fullført da det ble anskaffet av Intel, som måtte fullføre designet. Det ble produsert på DECs tidligere fabrikksanlegg i Hudson, Massachusetts , som også ble solgt til Intel.

SA-1100 inneholdt 2,5 millioner transistorer og målte 8,24 mm x 9,12 mm (75,15 mm 2 ). Den ble fremstilt i en 0,35 um CMOS-prosess med tre nivåer av aluminiumsforbindelse og ble pakket i en 208-pinners TQFP.

En av de første mottakerne av denne prosessoren var den dårlige skjebnen Psion netBook og dens mer forbrukerorienterte søsken Psion Series 7 .

SA-1110

SA-1110 var en derivat av SA-110 utviklet av Intel. Den ble kunngjort 31. mars 1999, posisjonert som et alternativ til SA-1100. Ved kunngjøringen ble det satt prøver for juni 1999 og volum senere samme år. Intel avbrøt SA-1110 tidlig i 2003. SA-1110 var tilgjengelig i 133 eller 206 MHz versjoner. Den skilte seg fra SA-1100 ved å ha støtte for 66 MHz (kun 133 MHz versjon) eller 103 MHz (bare 206 MHz versjon) SDRAM . Dens ledsagerbrikke, som ga ekstra støtte for eksterne enheter, var SA-1111. SA-1110 ble pakket i et 256-pinners mikrokule-rutenett . Den ble brukt i mobiltelefoner, personlige dataassistenter (PDAer) som Compaq (senere HP) iPAQ og HP Jornada , Sharp SL-5x00 Linux Based Platforms og Simputer . Den ble også brukt til å kjøre Intel -nettbrettet, en nettbrett som anses som potensielt den første som introduserte bærbar nettlesing med stor skjerm. Intel droppet produktet like før lanseringen i 2001.

SA-1500

SA-1500 var en derivat av SA-110 utviklet av DEC opprinnelig rettet mot set-top-bokser . Den ble designet og produsert i lave volumer av DEC, men ble aldri satt i produksjon av Intel. SA-1500 var tilgjengelig på 200 til 300 MHz. SA-1500 inneholdt en forbedret SA-110 kjerne, en on-chip koprosessor kalt Festet Media Processor (AMP), og et on-chip SDRAM og I / O-buss-styreenhet. SDRAM-kontrolleren støttet 100 MHz SDRAM, og I/O-kontrolleren implementerte en 32-biters I/O-buss som kan kjøre med frekvenser opptil 50 MHz for tilkobling til eksterne enheter og SA-1501-ledsagebrikken.

AMP implementerte et langt instruksjonssett med instruksjonsord som inneholder instruksjoner designet for multimedia, for eksempel heltall og flytende multiplikasjon-akkumulering og SIMD- aritmetikk. Hvert langt instruksjonsord er 64 bits bredt og spesifiserer en aritmetisk operasjon og en gren eller en last/lagring. Instruksjoner opererer på operander fra en 64-posters 36-biters registerfil og på et sett med kontrollregistre. AMP kommuniserer med SA-110-kjernen via en på-chip-buss, og den deler databufferen med SA-110. AMP inneholdt en ALU med en shifter, en grenenhet, en last/lagringsenhet, en multipliser-akkumuler enhet og en flytende punkt-enhet med én presisjon . AMP støttet brukerdefinerte instruksjoner via en skrivbar kontrollbutikk med 512 oppføringer.

SA-1501-ledsagebrikken ga ekstra video- og lydbehandlingsmuligheter og forskjellige I/O-funksjoner som PS/2-porter, en parallellport og grensesnitt for forskjellige eksterne enheter.

SA-1500 inneholder 3,3 millioner transistorer og måler 60 mm 2 . Den ble fremstilt i en 0,28 um CMOS -prosess. Den brukte en 1,5 til 2,0 V intern strømforsyning og 3,3 VI/O, og brukte mindre enn 0,5 W ved 100 MHz og 2,5 W ved 300 MHz. Den ble pakket i en 240-pinners flat quad flat-pakke eller en 256-balls plastballgitter .

StrongARM -lås

Den StrongARM låsen er et elektronisk låsekretsstruktur først foreslått av Toshiba ingeniører Tsuguo Kobayashi et al. og fikk betydelig oppmerksomhet etter å ha blitt brukt i StrongARM mikroprosessorer. Den er mye brukt som en sense -forsterker , en komparator eller bare en robust lås med høy følsomhet.

Referanser

Videre lesning

  • "StrongARM-1500 takler med MPEG-2". (8. desember 1997). Mikroprosessorrapport .
  • Halfhill, Tom R. (19. april 1999). "Intel bøyer StrongArm med nye sjetonger". Mikroprosessorrapport .
  • Litch, Tim; Slaton, Jeff (mars/april 1998). "StrongARMing bærbar kommunikasjon". IEEE Micro . s. 48–55.
  • Santhanam, S. et al. (November 1998). "En rimelig, 300 MHz, RISC-CPU med tilkoblet medieprosessor". IEEE Journal of Solid-State Circuits , vol. 33, nei. 11. s. 1829–1839.
  • Turley, Jim (13. november 1995). "StrongArm slår opp ARM -ytelsen". Mikroprosessorrapport .
  • Turley, Jim (15. september 1997). "SA-1100 legger PDA på en brikke". Mikroprosessorrapport .
  • Witek, Rich; Montanaro, James (1996). "StrongARM: En ARM-prosessor med høy ytelse". Proceedings of COMPCON '96 , s. 188–191.