Alchemy ist eine Familie von extrem stromsparenden Embedded-Mikroprozessoren, die ursprünglich von Alchemy Semiconductor für Kommunikations- und Mediengeräte entwickelt wurden. Alchemy-Prozessoren sind SoCs ( System-on-a-Chip), die einen CPU-Kern, einen Speichercontroller und verschiedene Peripheriegeräte integrieren. Alle Mitglieder der Familie verwenden den Au1-CPU-Kern, der den MIPS32- Befehlssatz von MIPS Technologies implementiert .

Geschichte

Alchemy Semiconductor war ein fabless Halbleiterunternehmen mit Sitz in Austin, Texas . Es wurde 1999 mit einer Anschubfinanzierung von Cadence Design Systems gegründet und lizenzierte die 32-Bit-MIPS-Architektur, um leistungsstarke, extrem stromsparende SoCs für den Markt der Internet-Edge-Geräte zu entwickeln und zu vermarkten. Peripheriegeräte wurden von Drittanbietern lizenziert. Zum Gründerteam gehörten ehemalige Mitarbeiter des Austin Research and Design Center von DEC , die am StrongARM- Projekt arbeiteten. Dieses Projekt wurde aufgelöst, nachdem DEC sein Mikroprozessorgeschäft an Intel verkauft hatte . Im Mai 2000 wurde Alchemy Semiconductor ein unabhängiges Unternehmen. [ 1 ]

Alchemy Semiconductor stellte das erste Mitglied der Familie, den Au1000-Prozessor, am 13. Juni 2000 auf dem Embedded Processor Forum in San Jose, Kalifornien, vor. [ 2 ] [ 3 ] Im Februar 2001 wurden begrenzte Kundenmuster ausgeliefert, und im zweiten Quartal desselben Jahres war der Prozessor in Produktionsmengen verfügbar. In den Jahren 2001 und 2002 folgten dann der Au1500 und der Au1100.

Im Februar 2002 erwarb AMD Alchemy, um mit Intels ARM-basierten XScale -Prozessoren, den Nachfolgern der StrongARM-Reihe, konkurrieren zu können. Die Produktfamilie wurde um den Sicherheitsnetzwerkprozessor Au1550 und den für PMP- Anwendungen optimierten Prozessor Au1200 sowie den drahtlosen Chipsatz Am1772 erweitert, der aus dem Transceiver Am1770 und den integrierten Basisband-/MAC-Chips Am1771 bestand. Im Sommer 2006 verkaufte AMD die Alchemy-Assets an Raza Microelectronics, später umbenannt in RMI Corporation . Dieses Unternehmen brachte die auf dem Au1200 basierenden und pin-kompatiblen Prozessoren Au1210 und Au1250 auf den Markt und schließlich 2009 die Au1300-Serie mit integriertem Grafikprozessor. RMI fusionierte Ende 2009 mit NetLogic Microsystems , [ 4 ] welches seinerseits im Februar 2012 von der Broadcom Corporation übernommen wurde. [ 5 ] Broadcom verkaufte Alchemy-Prozessoren weiterhin, wenn auch nur im Rahmen von langfristigen Verfügbarkeitsverpflichtungen, bis mindestens 2017.

Au1 CPU-Kern

Der von Alchemy entwickelte Au1-CPU-Kern implementiert die MIPS32 ISA Release 1 und unterstützt die MIPS EJTAG-Schnittstelle. Eine Gleitkommaeinheit ist nicht vorhanden; Gleitkomma-Befehle lösen eine Ausnahme aus und können per Software emuliert werden. Codekomprimierung (MIPS16) und der optionale Supervisor-Modus wurden ebenfalls weggelassen. Die virtuelle Adressübersetzung basiert auf dem TLB und verwendet einen schnellen Ausnahmebehandler anstelle eines Hardware-Table-Walkers. Der Kern unterstützt acht Interruptquellen mit softwareseitiger Priorisierung. Er verfügt über zwei Energiesparmodi, in denen die Taktung aller Kerneinheiten gestoppt wird. In einem dieser Modi wird der Datencache ausgenommen, um die Cache-Kohärenz mit dem restlichen System zu gewährleisten.

Au1 ist eine skalare, In-Order-Mikroarchitektur mit einer klassischen fünfstufigen RISC-Pipeline, die durch diverse Optimierungen erweitert wurde. Sie umfasst einen 16 KiB großen, 4-fach assoziativen Befehlscache, einen 16 KiB großen, 4-fachen Write-Back-Read-Allocate-Datencache, ein Registerfile, einen Schreibpuffer sowie eine 16/32-Bit-Multiplikations-Akkumulationseinheit und einen Hardware-Teiler mit 1 Bit/Zyklus. Der Cache unterstützt Software-Prefetching, das Sperren von Cache-Zeilen und einen Streaming-Modus. Alle Pipeline-Stufen werden in einem Zyklus abgeschlossen, sobald Daten verfügbar sind. Alle Pipeline-Hazards und -Abhängigkeiten werden durch Hardware-Interlocks sichergestellt. Einige wenige Befehle benötigen mehrere Zyklen. [ 3 ] [ 6 ] [ 7 ]

Alchemie SoC

Der Au1000 SoC ist für Kernfrequenzen bis zu 500 MHz ausgelegt. Bei 400 MHz arbeitet er mit 1,5 V und verbraucht maximal 500 mW. Die Leistung beträgt laut Alchemy Semiconductor über 900 Dhrystone-2,1 MIPS/Watt. Die Prozessoren Au1000 und Au1500 wurden im TSMC 180-nm-Prozess (LV Logic, 1,5 V/3,3 V, 1P6M) gefertigt. Der Au1100 reduzierte den Stromverbrauch durch die Fertigung im TSMC 130-nm-Prozess weiter. [ 6 ] [ 8 ] Fertigungsdetails späterer Modelle wurden nicht veröffentlicht.

Der CPU-Kern, die integrierten Speichercontroller und Peripheriegeräte sind über einen internen 32-Bit-Systembus (SBUS) verbunden, der mit bis zu der Hälfte der CPU-Kernfrequenz taktet. Langsamere Peripheriegeräte, die nicht als Busmaster fungieren können, werden über einen zusätzlichen Peripheriebus angebunden. Der Datencache des Kerns überwacht den SBUS auf Kohärenz mit anderen Busmastern, z. B. einer DMA-Engine. Au12xx-Modelle verfügen über einen 64-Bit-Seitenbus (RBUS) für Peripheriegeräte, die mehr Bandbreite vom Speichercontroller benötigen. [ 9 ] Au13xx-Modelle besitzen einen RBUS pro Speicherkanal. [ 10 ]

Alle Alchemy-Prozessoren verfügen über einen DRAM- Controller, einen statischen Bus-Controller, einen 8-Kanal-DMA-Controller für den Datentransfer zwischen Speicher und Peripheriegeräten, Interrupt-Controller, Timer und eine Energieverwaltungseinheit. Der statische Bus-Controller unterstützt SRAM , ROM , NAND/NOR-Flash (Au1550), Page-Mode-Flash/ROM, PCMCIA- / CompactFlash- Geräte sowie E/A-Peripheriegeräte wie einen externen LCD-Controller, IDE- PIO-Modus bis zu ca. 80 Mbit/s (Au12xx) oder ATA-6/UDMA-Modus 5 (Au13xx). Au1550-Prozessoren und spätere Modelle besitzen einen flexibleren 16-Kanal-DMA-Controller mit Deskriptor-Unterstützung. Der Au1550 integriert eine SafeNet Security Engine mit einem entropiebasierten Zufallszahlengenerator und beschleunigt die Verschlüsselungsalgorithmen DES , 3DES , AES und RC4 sowie die Hash-Algorithmen MD5 und SHA-1 .

Au1100-Prozessoren verfügen über einen integrierten LCD- Controller, der Panels mit bis zu 800 × 600 Pixeln und 16-Bit-Farbtiefe unterstützt. Der LCD-Controller der Au12xx-Prozessoren unterstützt Auflösungen bis zu 2K und bis zu 24 Bit pro Pixel, vier Overlay-Fenster, Alpha-Blending und Gammakorrektur. Das Kamera-Interface-Modul (CIM) stellt einen ITU-R BT.656 -kompatiblen 8/9/10-Bit-Bus mit bis zu 33 MHz bereit und unterstützt die Konvertierung von UYVY ( YUV 4:2:2 ) und Bayer RGB in das planare Format. Die Media Acceleration Engine beschleunigt die Videodekodierung und unterstützt die Formate MPEG-1/2/4 , DivX-3/4/5 , H.263 und WMV 9/VC-1 mit Auflösungen bis zu 720 × 576. Sie unterstützt Hardware-Farbraumkonvertierung und Bildskalierung mit einem 4-Tap-Filter, auch für das CIM. Die MAE2-Peripherie der Au13xx-Prozessoren erweitert die Unterstützung um die Standards H.264 und JPEG , Hardware-Bitstromdekodierung und Auflösungen bis zu 720p. Die in einigen Au13xx-Prozessoren verfügbare Grafikeinheit ist eine ARM Mali-200 und beschleunigt 2D- und 3D-Grafiken, die mit OpenVG 1.1 und OpenGL ES 1.1 und 2.0 kompatibel sind.

Jedes Mitglied der Familie war mit unterschiedlicher Kernfrequenz und damit verbundenen Nennleistungen, für kommerzielle und industrielle Temperaturbereiche sowie in einem bleifreien oder (ältere Modelle) Standardgehäuse erhältlich. Für alle Modelle wurde ein flaches, fein abgestuftes Kunststoff-Ball-Grid-Array-Gehäuse (LF-PBGA) verwendet, mit Ballanzahlen von 324 (Au1000) bis 537 (Au13xx), einem Rastermaß von 0,65 mm bis 1,0 mm und Gehäuseabmessungen von 17 mm × 17 mm × 1,7 mm bis 23 mm × 23 mm × 1,5 mm.

Alchemy Prozessorfamilie

Serie Start Kernfrequenz ( MHz ) TDP ( mW ) DRAMStatischer Bus Integrierte Peripheriegeräte Datenblatt Anmerkungen
PCILCDGPECIMMAEHardware-Ent-/Verschlüsselung. USB- Host-Anschlüsse USB-Geräteanschluss EthernetSD-KarteLangsam fahrende Busse GPIOs max.
von Alchemy Semiconductor (2000–2002)
1000 AU 13.06.2000 [ 2 ] (angekündigt) 2. Quartal 2001 (verfügbar) 266–500 300–900 typ. 32-Bit SDR-133 32-Bit-Daten/Adresse ------ 2 × 1,11.12 × 10/100- AC'97 , I²S , IrDA , 2 ×  SSI , 4 ×  UART32 [ 7 ] [ 11 ]
1500 AU 11.06.2001 [ 12 ] (angekündigt) 2001-12 (verfügbar) 333–500 400–1200 typ. 2,2, 32-Bit, 33/66 MHz----- 2 × 1,11.12 × 10/100- AC'97, 2 × UART39 [ 13 ] [ 14 ]
Au1100 08.04.2002 [ 15 ] (angekündigt) 333–500 200–400 typ. 32-Bit SDR-133 2,5 V/3,3 V -v1---- 2 × 1,11.11 × 10/1002 × 1,1 AC'97, I²S, IrDA, 2 × SSI, 3 × UART48 [ 16 ] [ 17 ]
von AMD (2002–2006)
Au1550 24.02.2004 [ 18 ] (angekündigt) 333–500 400–600 typ., 1460 max. 16/32-Bit SDR-166/ DDR-400 32-Bit-Daten, 29-Bit-Adresse. 2,2, 32-Bit, 33/66 MHz ----Sicherheitsmodul 2 × 1,11.1 OTG2 × 10/1002 × 1,1 4 × PSC, [ a ] ​​3 × UART43 [ 19 ]
1200 AU 2005-01-03 [ 20 ]333–500 1600 max. 16/32-Bit DDR-400/ DDR2-533 16-Bit-Daten, 15/30-Bit-Adresse. [ b ]-v2-v1v1AES -128 1 × 2,02.0 OTG-2 × 1,1 4 × PSC, [ a ] ​​2 × UART48 [ 21 ]
von RMI (2006–2009), NetLogic (2009–2011), Broadcom (2011–heute)
Au1210 09.01.2007 (angekündigt) 06.2007 (verfügbar) 333–400 360–420 typ., 1000 max. 16/32-Bit DDR-400/ DDR2-533 16-Bit-Daten, 15/30-Bit-Adresse. [ b ]- v2 - v1 v1 -1 × 2,02.0 OTG-2 × 1,1 4 × PSC, [ a ] ​​2 × UART 48 [ 22 ]
1250 AU 400–700 [ 22 ] [ 23 ]560–580 typ., 1400 max. AES-1281 × 2,02.0 OTG-2 × 1,1 [ C ]
Au1310 2009-01 [ 24 ] (angekündigt) 533 2 × 16-Bit DDR2-667 16-Bit-Daten, 15/30-Bit-Adresse. [ b ]- v2? - v2 v2 - 1 × 2,0 2.0 OTG - 3 × ?, ein Port mit Unterstützung für 8-Bit eMMC 4.3 4 × PSC, [ a ] ​​4 × UART 75 [ 10 ]
Au1320667✓?
Au1340533-667--
Au1350/Au1354533–800✓AES-128
Au1370/Au1374667–800--
Au1380/Au1384667–1000✓AES-128
  1. ^ a b c d Programmierbarer serieller Controller, konfigurierbar als AC'97 , I²S , SPI , SMBus Schnittstelle.
  2. ^ a b c 15-Bit-Adressbus, 30-Bit mit externem Latch.
  3. ^ Wurde in CD-R King Notizbüchern verwendet .

Anwendungen

Alchemy-Prozessoren wurden für drahtlose Gateways und Zugangspunkte , VoIP- , Navigations- und NAS- Geräte, Set-Top-Boxen , Thin Clients, tragbare und automobile Fernseh- und Mediaplayer sowie digitale Bilderrahmen vermarktet .

Beispiele hierfür sind die Sun Ray 2- Familie von Thin Clients , verschiedene Cowon PMP- Geräte, Dell DRAC5-Fernverwaltungskarten, die AirPort Extreme Basisstation, eingebettete Netzwerkprodukte von Sun Microsystems sowie der 4G Systems MTX-1 AccessCube MeshCube.

Referenzen

  1. ^ „Über Alchemy Semiconductor“ . Archiviert vom Original am 07.11.2014.
  2. ^ a b „Alchemy Semiconductor stellt den Au1000 Internet Edge-Prozessor vor“ (Pressemitteilung). Embedded Processor Forum, San Jose, CA: Alchemy Semiconductor. 13.06.2000. Archiviert vom Original am 09.03.2001.
  3. ^ a b Hoeppner, Greg (13.06.2000). Au1000 Internet Edge Processor – Ein leistungsstarker/energieeffizienter MIPS-SoC . Embedded Processor Forum 2000. Alchemy Semiconductor. Archiviert vom Original am 18.09.2000 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  4. ^ „NetLogic Microsystems gibt bekannt, dass die Übernahme der RMI Corporation von den Aktionären genehmigt werden muss“ (Pressemitteilung). NetLogic Microsystems . 23.10.2009. Archiviert vom Original am 30.03.2010 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  5. ^ „Chiphersteller Broadcom übernimmt NetLogic für 3,7 Milliarden Dollar“ . Reuters . 12.09.2016 . Abgerufen am 04.01.2017 .
  6. ^ a b Plummer, Suzanne (13.08.2000). Der Au1000™ Internet Edge Prozessor: Ein leistungsstarker, energieeffizienter SOC . Hot Chips 12.
  7. ^ a b AMD Alchemy™ Au1000™ Prozessor-Datenbuch (PDF) . AMD . September 2005. Archiviert vom Original (PDF) am 15.10.2006 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  8. ^ Bassett, Paul (19.08.2002). Alchemy Au1x00 . Hot Chips 14.
  9. ^ Eno, Jim (2005). White Paper: AMD Alchemy™ Au1200™ Prozessor-Systemarchitektur (PDF) . AMD . Archiviert vom Original (PDF) am 23.12.2005 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  10. ^ a b Produktübersicht: RMI Alchemy™ Au1300™ Medienprozessorserie (PDF) . RMI . Dezember 2008.
  11. ^ AMD Alchemy™ Au1000™ Prozessor – Spezifikationsaktualisierung (PDF) . Juni 2005.
  12. ^ „Alchemy Semiconductor erweitert Portfolio an energieeffizienten und leistungsstarken Chips mit dem neuen Alchemy Au1500“ (Pressemitteilung). Embedded Processor Forum, San Jose, CA: Alchemy Semiconductor. 11.06.2001. Archiviert vom Original am 16.12.2001 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  13. ^ AMD Alchemy™ Au1500™ Prozessor-Datenbuch (PDF) . AMD . März 2006. Archiviert vom Original (PDF) am 15.10.2006 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  14. ^ AMD Alchemy™ Au1500™ Prozessor – Spezifikationsaktualisierung (PDF) . Juni 2005.
  15. ^ „Innovativer Alchemy™ Au1100™-Prozessor von AMD setzt neue Maßstäbe für den Markt mobiler Internetgeräte“ (Pressemitteilung). Sunnyvale, CA: AMD . 08.04.2002. Archiviert vom Original am 20.10.2006.
  16. ^ AMD Alchemy™ Au1100™ Prozessor-Datenbuch (PDF) . AMD . April 2006. Archiviert vom Original (PDF) am 20.10.2006 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  17. ^ AMD Alchemy™ Au1100™ Prozessor – Spezifikationsaktualisierung (PDF) . Juni 2005.
  18. ^ „AMD stellt den AMD Alchemy™ Au1550™ Prozessor vor – integrierte, sichere Netzwerkverarbeitungsleistung“ (Pressemitteilung). RSA-Konferenz, San Francisco, CA: AMD . 24.02.2004. Archiviert vom Original am 28.05.2006.
  19. ^ AMD Alchemy™ Au1550™ Security Network Processor Data Book (PDF) . AMD . Mai 2006. Archiviert vom Original (PDF) am 8. Juli 2006. Abgerufen am 27. April 2022 .
  20. ^ „AMD stellt den AMD Alchemy™ Au1200™ Prozessor vor und läutet eine neue Ära mobiler Multimedia ein“ (Pressemitteilung). Sunnyvale, CA: AMD . 03.01.2005. Archiviert vom Original am 15.03.2006.
  21. ^ AMD Alchemy™ Au1200™ Prozessor-Datenbuch (PDF) . AMD . Februar 2006. Archiviert vom Original (PDF) am 15.10.2006 . Abgerufen am 27.04.2022 .
  22. ^ a b RMI Alchemy™ Au1210™ Navigationsprozessor und Au1250™ Medienprozessor Datenbuch (PDF) . RMI . April 2007.
  23. ^ „NetLogic Microsystems Leitfaden zur Auswahl von Lösungen und Produkten für energieeffiziente Embedded-Prozessoren“ . NetLogic Microsystems . Archiviert vom Original am 13.12.2010.
  24. ^ „RMI bringt die Alchemy Au1300 Prozessorreihe auf den Markt“ (Pressemitteilung). 13.01.2009.