Chapter10_726507437

Chapter10_726507437 - 1 SOC N Eb NEb 2 1 P P = NE b (68) 1...

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1 1 第十章 量子信息处理 2 第一节 SOC 和传统信息处理模式的革命 现代电子信息处理的抽象过程 是:把一个 求解的实际问题,通过适当的数学模型,以 一定的算法,映射到以电子运动为基本载体 的微结构系统中,通过各电子器件按规定的 操作以求得需要的输出答案。 假定为了求解该问题,系统共需要 N 个器 件同时进行某种标准操作(如开关),又设 该器件操作一次的耗能为 E b ,则解题一次需 要能量为 NE b
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2 3 令芯片电源供电功率为 P ,操作周期为 τ 则有 b NE P = τ 由此得到系统解该题的频率为: 此时,单位能量解该题的能力(次数),即 该系统的 解题效率 1 ) ( = b NE P F (70) (68) b NE P F = = 1 (69) 4 由此可见: 1. 对于一个固定的处理系统,欲使 F 提高 n 倍,即 F’ nF ,原则上最简单的办法是用 n 个系统并联工作,因为每个系统的 NE b 变,等效于功耗 P 提高了 n 倍。但单纯的并 联处理原则上只提高了工作速度,系统 题效率 并没有提高。
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3 5 2. (70) 式应用于传统的微电子系统集成芯 片,每个芯片的 P max 有上限,每个节点 CMOS 开关 E b 一定,要提高 F F/P 的办法只 有减小 N 。这是当前 片上系统( SOC )技术 要达到的目标 :为解决某一问题,在 E b 定下(对应一个 CMOS 的发展节点),从 算法、微结构等入手 减小 N 以提高 F 1 ) ( = b NE P F (70) 6 31 几种 SOC 的处理效率
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4 7 由图 31 中列出一些实际数据可见:对于 MPU ,通过将指令集由 CISC (复杂指令系 统)改变为功能更强的 RISC (简约指令系 统),再把 Cache (高速存取存储器)、浮 点计算模块等集成在一起成为 SOC 则在同一 N 下,该芯片的 F 3 个以上量 级(由 MOPS GOPS )的提高。 8 DSP 芯片,因本身已把高速数字富利叶 变换算法等与硬件微结构结合在一起,在模 式识别等应用中,其 N 及对应的 F MPU 比有了很大的优化;在图中更可以看到,为 进行图像信息处理,只需再加上一些相应的 高速算法专门电路,构成 VSP (视频信号处 理器),则可以稍加一些 N ,取得 F 呈量级 提高的效果。
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5 9 图中示出的专用信号压缩芯片 MPEG-1 的效果 更为明显: 由于高速算法与芯片微结构的紧密结 合,以很小的 N 即可实现极高的 F 应该指出,图中的实际数据是在不同年份出 现,其中 F 的上升的部分原因可能来自 E b 的减小 (工艺技术进步),另外,不同芯片 P 也不完全一 致,然而这些都不能抹煞 通过系统设计的总体优 化,以达到芯片效率提高的目的,体现出 SOC 的巨 大潜力 10 3.
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