處理器技術(shù)推動(dòng)者易位 車用SoC最先進(jìn)

在今年度的國際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC 2016)上，有兩款車用系統(tǒng)單晶片(SoC)成為數(shù)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(jī)與PC處理器內(nèi)含更多核心、采用更激進(jìn)的制程技術(shù)。

那兩款車用晶片是瑞薩(Renesas)設(shè)計(jì)、采用16nm FinFET制程，其中之一是符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)含8顆ARM v8核心、2顆ARM R7核心以及3顆Imagination繪圖處理(GPU)核心的車用安全晶片;另一款則是針對(duì)車用資通訊娛樂系統(tǒng)與駕駛輔助系統(tǒng)應(yīng)用的視訊處理器晶片，采用了6種不同類型的17顆視訊處理器。

“在過去，技術(shù)推動(dòng)者是智慧型手機(jī)應(yīng)用處理器，但情況已經(jīng)改變了;”參與設(shè)計(jì)上述視訊SoC的瑞薩資深工程師Seiji Mochizuki在接受訪問時(shí)表示，有鑒于車用資通訊娛樂系統(tǒng)以及駕駛附注系統(tǒng)的需求：“車用SoC將會(huì)需要比智慧型手機(jī)處理器高得多的性能，未來的車用處理器必須以最先進(jìn)的技術(shù)來開發(fā)。”

負(fù)責(zé)車用安全SoC開發(fā)的另一位瑞薩工程師Chikafumi Takahashi補(bǔ)充指出：“這是來自市場(chǎng)的需求，因?yàn)槲覀冃枰幚泶罅抠Y料。

瑞薩開發(fā)的車用安全處理器采用16nm制程技術(shù)

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

Kanter指出，汽車也是一個(gè)能在單晶片中整合、虛擬化許多功能的成熟應(yīng)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(shè)計(jì)的方法。瑞薩的車用視訊處理器現(xiàn)在已經(jīng)開始提供樣品，不過安全晶片則仍在進(jìn)行評(píng)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(jī)應(yīng)用處理器內(nèi)含10核心

車用處理器還沒有完全把手機(jī)處理器比下去，目前市面上其實(shí)只有少數(shù)晶片是采用14/16nm FinFET制程;主要是蘋果(Apple)、三星(Samsung)智慧型手機(jī)的應(yīng)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(jī)處理器也不落人后，整合了8顆Cortex-A53、2顆A57核心，以及GPU、數(shù)據(jù)機(jī)與多媒體子系統(tǒng)。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(jù)獨(dú)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?yàn)榫叽缧。谑謾C(jī)處理器內(nèi)可以整合多少顆核心并沒有限制：“如果你在超低功耗與高性能之間畫一條直線，沿著它還有足夠的性能點(diǎn)可以讓你繼續(xù)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(yīng)用處理器已經(jīng)開始出貨

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──僅透過簡單地提供更積極的電源管理技術(shù)到該28nm制程設(shè)計(jì)中。該Bristol Ridge平臺(tái)設(shè)計(jì)，是利用電源管理方案來克服與發(fā)熱、電壓、電流息息有關(guān)的性能限制。

16nm設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

另外我還詢問瑞薩工程師有關(guān)于16nm節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用該制程的處理器設(shè)計(jì)需要克服多重圖形(multi-patterning)與FinFET的挑戰(zhàn)，晶片架構(gòu)在某種程度上需要有所改變;不過他們有其他的看法。

Takahashi表示：“16nm節(jié)點(diǎn)有許多考驗(yàn)與困難…功號(hào)是一個(gè)問題，有時(shí)候可靠度也是問題;”他指出，16nm晶片的記憶體單元非常小，而且記憶體線(memory lines)很短、因此更容易遭遇軟體錯(cuò)誤。”

而Takahasi也表示，晶圓代工廠會(huì)提供16nm互連，但缺乏對(duì)先進(jìn)功能的支援，像是瑞薩在自家晶片上互連內(nèi)建的服務(wù)品質(zhì)(quality-of- service controls)控制。為了簡化16nm設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作，需要采用更高階的設(shè)計(jì)語言例如System C。

此外Mochizuki 則指出，16nm晶片使用相對(duì)較高頻率的時(shí)脈，很難維持低功耗;他表示，16nm節(jié)點(diǎn)：“與前幾世代的制程比較起來彈性較少…為了降低功耗，我們可能需要改變?cè)O(shè)計(jì)模式。”