Рис. 8.9. Логическая схема простого 0\Ю-плеера с гетерогенным мультипроцессором и несколькими специализированными ядрами для выполнения различных функций
Гетерогенные мультипроцессоры также устанавливаются в моделях сотовых телефонов (CDMA или GSM), укомплектованных фото- и видеокамерами, игровыми приложениями, браузерами, клиентами электронной почты, приемниками цифрового спутникового сигнала и средствами беспроводного подключения к Интернету (IEEE 802.11, или WiFi). Сейчас не все телефоны оснащены этими функциями, но в будущем они, вероятно, распространятся повсеместно. По мере того, как в современных условиях устройства постоянно усложняются, часы становятся GPS-навигаторами, а солнечные очки — радиоприемниками, потребность в гетерогенных мультипроцессорах только растет.
Довольно скоро обычным явлением станут микросхемы из 500 миллионов транзисторов. Проектировать столь громоздкие устройства в цельном варианте очень сложно — к моменту завершения работ они имеют все шансы устареть. Значительно разумнее разместить несколько ядер (которые, фактически, представляют собой библиотеки) с относительно большим числом транзисторов на одной микросхеме и объединить их. При этом разработчики должны принять решение о том, какой процессор будет управляющим, а какие — специализированными. Увеличение нагрузки на программную часть управляющего процессора замедляет работу системы, но удешевляет и уменьшает размер микросхемы. Наличие нескольких специализированных процессоров для обработки звуковых и видеоданных требует увеличения площади микросхемы и повышает ее стоимость, но, с другой стороны, обеспечивает высокую производительность при
относительно низкой тактовой частоте, в связи с чем снижаются энергопотребление и теплоотдача. Иными словами, проектируя мультипроцессоры с несколькими ядрами, разработчики думают не о том, где разместить дополнительные транзисторы, а о том, каким образом и в каких вопросах можно идти на компромисс.
Программы обработки звуковых и видеоданных работают с огромными объемами информации. Поскольку все эти данные требуется обрабатывать быстро, от 50 до 75 % площади микросхемы отводится под размещение того или иного типа памяти. В этой связи возникают многочисленные вопросы. Сколько уровней кэш-памяти нужно в том или ином случае? Какими должны быть модули кэш-памяти, раздельными или объединенными? Каким должен быть объем каждого модуля? Насколько быстро он должны работать? Нужно ли размещать на микросхеме модули памяти других видов? Каких именно: SRAM или, может быть, SDRAM? От ответов на эти вопросы во многом зависит производительность, энергопотребление и параметры тепловыделения микросхемы.
Помимо процессоров и памяти, необходимо разработать схему взаимодействия ядер друг с другом. В небольших системах для этой цели вполне подойдет единственная шина, однако в более крупных системах такое решение может привести к тому, что схема взаимодействия ядер окажется узким местом всей системы. Во многих случаях проблема решается установкой нескольких шин или организацией кольцевой топологии. В последнем случае арбитраж осуществляется путем отправки по кольцу небольшого пакета — так называемого маркера, или токена (token). Перед передачей данных ядро должно удержать полученный то-кен. Завершив передачу, ядро пускает токен далее по кругу. Таким образом, исключаются конфликты при передаче данных.