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HPC相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

隨著無線通信和芯片技術(shù)的快速發(fā)展,HPC(手持電腦、掌上電腦)等微型個人數(shù)字設(shè)備的發(fā)展日新月異。現(xiàn)階段各種HPC的功能基本都趨于相同,那么下階段HPC會在哪些方面有所創(chuàng)新和突破呢?本文作者將結(jié)合正在從事的HPC開發(fā)項目對此問題做一探討,并介紹與HPC發(fā)展緊密聯(lián)系的幾項新技術(shù)。1 CPU主頻速度的快速提高和高度集成化  針對各種手持數(shù)字設(shè)備的需求,各個半導(dǎo)體芯片廠商都投入了很大的力量研發(fā)和生產(chǎn)適用于這些設(shè)備的CPU及協(xié)處理器芯片。用于手持設(shè)備的處理器必須高度緊湊、低功耗、低成本。為了充分縮小掌上電腦的尺寸,廠商甚至把少量存儲器和I/O端口也一并集成到芯片中。  大家熟悉的大多數(shù)臺式PC都是使用CISC微處理器,如Intel的x86和Motorola的68000家族,它們都使用了復(fù)雜的指令集,包括了所有數(shù)學指令,如Add、Sub、Mul、Div等。這些指令中的一些經(jīng)常使用,另一些用得極少,但CISC處理器將處理全部的指令集。而掌上電腦使用的是RISC處理器。RISC處理器精簡了指令,使得它可以運行得更快。RISC只有數(shù)學指令的子集,也就是說,可能只有Add和Sub。這并不是說它就不能執(zhí)行乘除,它是采用一組簡單而快速的指令來完成同樣工作,例如,乘法可以是基于多次加法,而除法也相當于多次減法。RISC芯片同樣主頻下能執(zhí)行的指令比CISC芯片快得多,并且也更廉價。RISC結(jié)構(gòu)體系有兩大主流:Silicon Graphics公司(硅谷圖形公司)的MIPS技術(shù),ARM公司的Advanced RISC Machines技術(shù)。此外Hitachi(日立公司)也有自己的一套RISC技術(shù)SuperH。不過,MIPS技術(shù)毫無疑問是領(lǐng)先者,領(lǐng)先Hitachi,同時市場份額是ARM的四倍。

這些芯片的速度越來越快、功能也越來越多。接下來,NEC VR系列將會達到168MHz,Intel最新的StrongARM將沖刺600MHz,Hitachi將在2000年第四季投產(chǎn)SH5(400MHz/714MIPS/600mW)。可以預(yù)見,到2001年中,150MHz到200MHz的掌上電腦的處理器將只是最普遍的檔次,并且芯片上的Cache容量會翻倍,如表1。以英特爾公司的StrongArm系列為例,現(xiàn)在其最高主頻已經(jīng)達到了206MHz。通過利用高性能的微結(jié)構(gòu),先進的CMOS工藝技術(shù)和大容量的片上存儲Cache,在MIPS/mW指標上已經(jīng)處在了領(lǐng)先地位,從而使得移動設(shè)備可以利用操作系統(tǒng)和強化性能的應(yīng)用程序提供更快的響應(yīng),包括語音和手寫體識別,軟件MODEM和更有效的JAVA解釋。通過低電壓工藝技術(shù)優(yōu)化了電源利用率,具有提供低功耗高性能的獨特能力。與之相應(yīng)的協(xié)處理器集成了SSP串行數(shù)據(jù)接口、USB主控制器,與AC-link和I2S音頻編解碼器的串行接口,PCMCIA卡和CF卡接口以及多個附加的I/O接口,并提供了一個專用內(nèi)存控制器能降低系統(tǒng)帶寬需求,提供如此眾多的手持應(yīng)用的關(guān)鍵I/O功能,最大限度地提高了系統(tǒng)的總體性能?! ∫陨鲜鎏幚砥餍酒瑸橹鳎砑颖匾耐鈬娐凡⑴浜舷鄳?yīng)的少量外設(shè),就可以非常方便地設(shè)計出功能強大的HPC產(chǎn)品。我們設(shè)計的基本硬件構(gòu)成框圖如圖1所示。該框圖是一個HPC的全方位解決方案。對其外圍電路進行修改,就可以設(shè)計出針對不同要求,提供不同功能,處于不同價位的各款數(shù)字終端產(chǎn)品。

2 HPC中集成無線收發(fā)模塊并接入WAP服務(wù)  應(yīng)該說,在掌上電腦中加入無線收發(fā)模塊將是大勢所趨,也是HPC發(fā)展進入一個新階段的標志??梢哉f,哪個生產(chǎn)廠家能率先在這方面取得突破,誰就能在HPC上取得先機,占領(lǐng)市場。目前絕大部分的掌上電腦都不具有無線收發(fā)模塊,需要連接電話線或手機才能接入網(wǎng)絡(luò),瀏覽信息。即使是一些帶有無線模塊的手持設(shè)備,如摩托羅拉的寶典828掌中網(wǎng)機,也只可以進行單向的無線接收。參照GSM手機的設(shè)計,我們可以在掌上電腦中集成無線收發(fā)模塊,其初步方案如圖2所示。用戶能通過掌上電腦連接到GSM移動電話網(wǎng),再接入到Internet上,真正實現(xiàn)帶有移動通信功能的掌上電腦。掌上電腦要求小型化、省電、高可靠性,所以無線模塊部分的芯片需采用專用集成電路。這里面還要考慮到電磁干擾的屏蔽和硬件電路的小型化。現(xiàn)在一般的掌上電腦都具有錄放音的功能。如果加入了無線收發(fā)模塊后,我們就可以利用原有的音頻編解碼電路和無線模塊連接起來,提供類似手機的無線語音通信功能,撥號可以通過觸摸屏來完成。設(shè)計方案如圖2所示。

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