Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/A19861003Elc014.shtml

Проектирование RISC-процессора на арсениде галлия

Даллас, шт.Техас. Разрабатываемые для министерства обороны США процессорные кристаллы будут сочетать в себе достоинства архитектур микрокомпьютера с сокращенным набором команд (RISC) и давно обещанные быстродействие и устойчивость к высоким температурам, характерные для полупроводниковых приборов на основе арсенида галлия.

По мнению руководящих работников фирмы Texas Instruments Inc. (TI), ответственных за выпуск продукции военного назначения, некоторые особенности этих двух пока еще незрелых технологий, например существующие в данный момент ограничения на степень интеграции арсенид-галлиевых ИС, делают указанную комбинацию идеальной. Фирма TI объединила усилия с компанией Control Data Corp.(Миннеаполис, шт.Миннесота), чтобы к началу 1987г. создать набор кристаллов 32-разрядного RISC-процессора на арсениде галлия,заказанного Управлением перспективных НИОКР министерства обороны США (DARPA).

Control Data Corp. (CDC) является основным проектировщиком архитектуры RISC-процессора, тогда как TI возглавляет работы по реализации процессора в кремнии на основе технологии HI2L(heterojunction integrated injection logic — интегральная инжекционная логика на гетеропереходах). В настоящее время проектируются 32-разрядный центральный процессор типа RISC на арсениде галлия и сопроцессор для операций с плавающей запятой, причем, как ожидается, первые действующие технологические образцы появятся в первом полугодии 1987г.

Как сообщает Филип Конгдон, руководитель отдела арсенид-галлиевых устройств и компонентов, входящего в состав объединения электронных приборов и систем военного назначения фирмы TI, обе сотрудничающие компании планируют сделать так, чтобы входящие в указанный набор кристаллы взаимно дополняли друг друга. Набор ИС будет включать в себя векторный сопроцессор, устройство управления памятью (которое может быть использовано для манипулирования и командами, и операндами), а также быстродействующие ЗУ на арсениде галлия.

Некоторые из арсенид-галлиевых ЗУ, вероятно, будут иметь двухканальные порты для реализации на их основе сверхоперативной (кэш) памяти ЭВМ, однако фирма TI рассматривает также вопрос производства GaAs-кристалла статического ЗУПВ емкостью 1К*32 бит.

Интерфейсное устройство процессора, как предполагает Конгдон, будет реализовано на базе арсенид-галлиевой вентильной матрицы. Первый 32-разрядный центральный процессор (который может быть использован также как процессор ввода-вывода) и сопроцессор для операций с плавающей запятой могут появиться на рынке к I кварталу 1988г.

При успешном завершении работ радиационно-стойкие интегральные схемы найдут применение в самых разнообразных «интеллектуальных» системах оружия, которые появятся в будущем, включая системы, предложенные для создания в ходе реализации программы стратегической оборонной инициативы. Недавно работа над GaAs-кристаллами перешла из длившегося полтора года этапа формирования идей и принципов построения в стадию их реального воплощения, предусматриваемую заключенным с DARPA контрактом на сумму 4,2 млн. долл.

Смена сферы деятельности. Некоторое представление об указанном наборе RISC-кристаллов дает официальное объявление фирмы TI об ее вступлении в сферу производства цифровых и сверхвысокочастотных арсенид-галлиевых ИС военного назначения. GaAs-компоненты вместе с будущей серией низкопрофильных высокочастотных блоков питания военного применения являются результатом деятельности в рамках недавно сформированного фирмой TI подразделения Military Components Intracompany Objective («Подразделение для целевого использования военных компонентов»), задача которого состоит в передаче новых технологий, применяемых исключительно подразделением по выпуску военного оборудования, полупроводниковому объединению фирмы TI, занятому маркетингом компонентов1{Электроника, 1986, №6, «Обозрение электронной техники»}.

В целом, эта «новая волна» арсенид-галлиевых интегральных схем и стандартных блоков питания, рассчитанных на применение в военной технике, расширит и без того обширную сферу производства компонентов военного назначения и позволит фирме TI выйти на новые рынки сбыта, оцениваемые, по прогнозам на 1990г., суммой, превышающей 1 млрд. долл. В настоящее время фирма TI предлагает в небольших количествах первые СВЧ-компоненты на арсениде галлия, в том числе интегральные усилители мощности, усилители с обратной связью, а также малошумящие и мощные полевые транзисторы. Во второй половине 1987г. можно .будет приобрести цифровые арсенид-галлиевые ИС.

Экспериментальные GaAs-процессоры с архитектурой RISC еще не вошли в перечень новых изделий фирмы, однако руководители, ответственные за выпуск изделий для военных систем, полагают, что присущая RISC-процессорам функциональная ограниченность естественно сочетается с особенностями кристаллов на GaAs, которые имеют меньшую степень интеграции, чем кристаллы, выполненные с помощью передовых методов кремниевой технологии. Создание на арсениде галлия ИС универсального 32-разрядного микропроцессора все еще практически нецелесообразно.

«Архитектура процессора RISC позволяет нам избавиться от ненужных функциональных возможностей, обычно имеющихся у универсальных микропроцессоров», — отмечает Роберт Л. Вил, ответственный за изделия военного применения, который участвует в подготовке фирмы TI к выпуску новых приборов на GaAs. По его словам, входящий в набор GaAs-кристаллов центральный процессор содержит немногим более 10 тыс. вентилей, в то время как в универсальных ЦП их более 50 тыс. Новый процессор имеет набор всего из 20—30 команд.

Уникальный шестиступенчатый способ конвейерной обработки данных, по словам Конгдона, позволяет системе завершать выполнение команд каждые 5 нс. В результате, как сообщает фирма TI, скорость обработки данных в системе достигает 200 МГц, а это в 10 раз выше, чем у некоторых существующих RISC-компьютерах, выполненных на кремниевых ИС.

Шестиступенчатая конвейерная схема обращения к памяти каскадно пропускает команды через систему, дабы преодолеть фундаментальные ограничения, обусловленные скоростью света. «Проблемой для нас стало время, затрачиваемое на распространение сигнала по следующему маршруту: кристалл центрального процессора — устройство управления памятью — запоминающие устройства, а затем обратно — к устройству управления памятью и центральному процессору. На это уходит 2—3 нс», — говорит Конгдон. В одном из возможных вариантов системы RISC предусмотрено расщепление потока команд и операндов для передачи их по отдельным шинам, что еще более повышает пропускную способность (см. рисунок). Этот набор кристаллов, хотя и рассчитанный на реализацию всех ИС по арсенид-галлиевой технологии для достижения радиационной стойкости, может быть снабжен также и быстродействующими КМОП ЗУПВ, что не приведет к ухудшению характеристик системы, поскольку в архитектуре используется кэш-память.

Идеальный союз. GaAs-технология и архитектура RISC положены в основу при создании набора из семи ИС для 32-разрядного процессора, проектируемого совме
Идеальный союз. GaAs-технология и архитектура RISC положены в основу при создании набора из семи ИС для 32-разрядного процессора, проектируемого совместно фирмами TI и Control Data.

Фирма TI намерена воплотить разработанную ею конструкцию в интегральной инжекционной логике на гетеропереходах, HI2L, положив в основу принцип проектирования вентильных структур на «перевернутых» транзисторных ячейках. При этом транзистор размещен таким образом, что эмиттер оказывается внизу и контактирует с подложкой. В результате подложка служит в качестве шины заземления и требуется одна лишь шина питания. Это освобождает поверхность кристалла для размещения дополнительных активных элементов, что очень важно при работе с арсенидом галлия.

Фирма TI использует также «направляющую» логику, которая управляет током, проходящим через кристалл, чтобы уменьшить электрический шум, связанный с токовой коммутацией.

Арсенид-галлиевые RISC-кристаллы рассчитаны прежде всего на применение в качестве процессора обработки данных, но их можно использовать и при решении некоторых задач обработки сигналов. Так, в подсистемах графики и формирования изображений эти ИС могли бы сканировать поток данных и выполнять выборочные вычисления [No.23, pp.21,22].

Дж. Роберт Лайнбек

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.12 (745), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.20

Electronics Vol.59 No.23 June 9, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.24 June 16, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Микропроцессоры





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/A19861003Elc014.shtml