Krav på lägre effektförbrukning, mer beräkningskraft, snabbare grafik och bättre signalbehandling är faktorer som driver på utvecklingen av 32-bits inbyggnadsprocessorer.

Inbyggnadsprocessorer har traditionellt tillverkats med äldre processteknik än PC-processorer. Det är fortfarande sant men gapet har minskat.

Aggressivast ser japanska NEC ut att vara. Företaget tillverkar redan idag en del av sina Mipsbaserade produkter i en 0,25 μm process (ritad). Flera andra tillverkare har gått över till 0,35 μm-processer under året och planerar att gå över till 0,25 μm under nästa år.

En kortare kanallängd ger lägre effektförbrukning vilket är särskilt viktigt i batteridrivna tillämpningar. Så kan man till exempel få processorer med matningsspänningar ner till 1,65 V idag även om 3,3 V är vanligast. Andra fördelar är högre klockhastighet och i många fall också en bättre vinstmarginal för tillverkarna trots att fabrikerna är dyrare.

Ett påtagligt undantag i den här trenden är Intel. Företaget besitter visserligen den bästa processteknologin, men den är reserverad för Pentiumfamiljen. Inbyggnadsprocessorn i960, som inte alls har lika feta marginaler, får hålla tillgodo med redan avskriva fabriker och kanallängder på 0,8 och 0,6 μm.



Risc är inte längre enkelt


Idag skrivs större delen av alla program i något högnivåspråk som C eller Java. Det ger snabbt stora kodmängder som kräver mycket minne. Även om minnespriserna sjunkit de senaste åren kan RAM- och ROM-kretsarna lätt bli dyrare än processorn.

För den som kan stå ut med lite lägre prestanda är kodkomprimering en lösning. Instruktioner på 32 bitar komprimeras då till 16-bitarsord.

Först ut med detta var engelska ARM med Thumbprocessorn. Under året har Silicon Graphics processor MIPS-16 hakat på, och givetvis har Motorolas nykomling M-Core fått kodkomprimering. Fler lär följa efter.

Den som däremot använder x86- eller 68k-processorer behöver inte bekymra sig om kodkomprimering. Instruktionsuppsättningen i Cisc-processorer är ju redan från början designad för att vara kompakt.

Intresset för digital signalbehandling har ökat dramatiskt de senaste två åren. Tillämpningar som brusreducering, taligenkänning, mönsterigenkänning, bildkomprimering och dekomprimering liksom programvarumodem driver på.

Men vanliga processorer är inte särskilt bra på signalbehandling. En enkel lösning är då att lägga till en MAC-instruktion, det vill säga en instruktion som multiplicerar två register och sedan adderar resultatet till ett tredje register.



En Mac gör ingen DSP


För att förbättra prestanda har en del tillverkare lagt till mer hårdvara som utför MAC-instruktionen. Så är exempelvis fallet för Motorolas Coldfire liksom för IDT och Hitachi.

En MAC-enhet förvandlar dock inte processorn till en DSP. För det behövs en separat DSP-kärna. Den lösningen har bland annat Hitachi och ARM valt, och ändå har man lyckats bibehålla bakåtkompatibiliteten. I Hitachis fall heter hybriden SH-DSP medan ARM döpt sin till Piccolo.

Även Motorola har i MC68356 kombinerat en risc- och en ciscprocessor med en 56002-baserad DSP. Fler tillverkare kommer säkert att följa efter även om det kan bli svårt med bakåtkompatibiliteten.

En intressant variant på temat är Siemens nykomling Tricore som har en gemensam instruktionsuppsättning för DSP- och styrkretsfunktionerna. Det gör att man kan använda samma utvecklingsmiljö oberoende av tillämpning.

För att Tricore ska klara så olikartade uppgifter som en beräkningskrävande Fouriertransform eller att hantera en enkel insignal kan kärnan byta arbetsuppgifter, så kallad context switching, på två klockcykler.

Den sista men för den skull inte minst viktiga faktorn i utvecklingen är kraven på snabbare grafik och bättre ljud. Det materialiseras

i form av behov av instruktioner för att manipulera enskilda pixlar, mättad aritmetik liksom operationer på färger och former.

x86-processorerna har redan en del av de här funktionerna genom MMX-tillägget. Detsamma gäller processorer till arbetsstationer som Mips med MDMX, Sparc med VIS och Alpha med MVI. PowerPC saknar dock fortfarande multimediainstruktioner liksom nyare arkitekturer som ARM.



Spel driver grafik


Speltillverkaren Sega kommer säkert att basera nästa generation av spelkonsolen Saturn på Hitachis nya SH-4 processor som kommer i produktion om ett knappt halvår. Den får nya funktioner för att förbättra grafiken, långt kraftigare än persondatorernas MMX. Bland annat klarar de matrismultiplikationer, som exempelvis kan räkna ut hur ljus reflekteras i en given yta.

En av de mer udda angreppsmetoderna är Mitsubishis M32R/D som är en kombination av en 32-bits mikroprocessor och 16-Mbit DRAM. Motorola fann lösningen så intressant att företagen beslutat samarbeta med Mitsubishi om den här typen av produkter.

En av de första kommersiella produkterna av den här typen är grafikacceleratorn Virge/MXi från amerikanska S3.

Per Henricsson