最近的兩項(xiàng)聲明顯示,異步設(shè)計(jì)正逐步擴(kuò)展到基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)中。這兩項(xiàng)聲明是由一家公認(rèn)的異步邏輯設(shè)計(jì)公司和一家新創(chuàng)公司發(fā)布的。雖然Fulcrum 微系統(tǒng)公司和Handshake Solutions公司在各自的異步設(shè)計(jì)架構(gòu)中采用了迥然不同的方法,但對于如何在業(yè)界傳播它們的理念,兩家公司得出類似的結(jié)論。

Fulcrum 不久前發(fā)布了FM1020,這是一款針對線卡應(yīng)用的3端口SPI-4交叉開關(guān)芯片。事實(shí)上,該產(chǎn)品是以前推出的、較大的SPI-4交叉開關(guān)的縮小版。但是在另一種意義上,一個(gè)幾乎完全異步的架構(gòu)能夠經(jīng)過修改很快地創(chuàng)建出衍生設(shè)計(jì),這本身就是一項(xiàng)重要成就,表明Fulcrum的設(shè)計(jì)技術(shù)日臻成熟。

“第一顆芯片沒有什么令人驚訝之處,”Fulcrum公司副總裁Mike Zeile表示,“速度和功率都正好達(dá)到我們的期望值。”

幾乎沒有跡象顯示,該公司芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)際上是異步的。Fulcrum使用一種專有的多線自動(dòng)定時(shí)信令方案,與傳統(tǒng)的雙線邏輯截然不同。不過,這些差異被小心地掩蓋起來,使該芯片的用戶和Fulcrum自己的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都感覺不到任何不同之處。

這款芯片的SPI-4接口是完全標(biāo)準(zhǔn)的,因此顯然是測試接口?！拔覀円呀?jīng)開發(fā)出異步的內(nèi)置自測試電路(BIST),能夠極快地測試一個(gè)異步芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這使得該芯片對測試儀來說就好像一個(gè)傳統(tǒng)的同步設(shè)計(jì),”Zeile解釋道,“所以,這允許我們使用標(biāo)準(zhǔn)探針測試儀。”

Fulcrum還繼續(xù)將標(biāo)準(zhǔn)的Cadence工具集成到其設(shè)計(jì)流程中,使異步芯片的設(shè)計(jì)越來越類似于傳統(tǒng)的RTL流程設(shè)計(jì)。

Handshake Solutions公司的聲明則在許多方面有所不同。首先,作為飛利浦電子公司的一個(gè)業(yè)務(wù)分支,Handshake是一家IP開發(fā)商,而不是芯片供應(yīng)商。其次,這項(xiàng)聲明是關(guān)于一項(xiàng)基于ARM 5TE CPU內(nèi)核的開發(fā)。該項(xiàng)目得到ARM的支持,它主要提供授權(quán)和實(shí)現(xiàn)與ARM兼容所需的大量驗(yàn)證套件。

這并不是Handshake介入異步處理器的第一次冒險(xiǎn)。事實(shí)上,該公司的異步8051內(nèi)核已被廣泛用于非接觸智能卡中。該內(nèi)核因其低功耗要求以及平坦的電磁輻射頻譜而受到飛利浦的褒獎(jiǎng)——這兩個(gè)性能對于智能卡等市場是至關(guān)重要的。

Handshake正嘗試把這些相同的優(yōu)勢引入到32位CPU中。“我們的目標(biāo)是與傳統(tǒng)ARM內(nèi)核相比,把工作功耗減小30%,”Handshake的首席技術(shù)官Ad Peeters表示。該公司目前正處于驗(yàn)證階段,預(yù)計(jì)在2005年初發(fā)表該IP核。

Handshake采用的基礎(chǔ)技術(shù)不同于Fulcrum,這導(dǎo)致了不同的流程。Handshake使用傳統(tǒng)的每位一線的組合邏輯模塊,而不是雙線邏輯系列。但它把每個(gè)模塊與一個(gè)控制電路包裹在一起,該控制電路產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)就緒信號,并根據(jù)模塊關(guān)鍵路徑中邏輯狀態(tài)的數(shù)量來進(jìn)行延遲,然后把它送到輸出口。這樣,該模塊就像傳統(tǒng)邏輯一樣工作,但當(dāng)數(shù)據(jù)是有效的或者當(dāng)輸入可能改變時(shí),包裝器(wrapper)將通知周圍的模塊。

該方法允許Handshake可以把傳統(tǒng)IP移植到設(shè)計(jì)中或者使用傳統(tǒng)綜合工具來創(chuàng)建模塊。所需的特殊工具只用于創(chuàng)建控制包裝器。該公司已經(jīng)在系統(tǒng)級設(shè)計(jì)語言的基礎(chǔ)上建立了設(shè)計(jì)流程。它的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)基于ARM數(shù)據(jù)手冊采用這種語言編寫設(shè)計(jì)。

與Fulcrum的設(shè)計(jì)相同,Handshake的異步內(nèi)核將被一個(gè)傳統(tǒng)的同步接口所包圍,所以用戶將只看到好處,而不會看到內(nèi)部設(shè)計(jì)的特性?！霸谖磥?我們將探尋如何擴(kuò)展該異步設(shè)計(jì),以包含系統(tǒng)總線和外設(shè)模塊。這將是很有意義的,”Peeters表示。但目前,這種內(nèi)核將只用于傳統(tǒng)的同步SoC設(shè)計(jì)。

通過把內(nèi)核包裝在標(biāo)準(zhǔn)接口中,以及使它們的測試要求和設(shè)計(jì)流程更接近傳統(tǒng)技術(shù),這兩家公司正在尋找不必從頭開始就能進(jìn)行異步設(shè)計(jì)并從中獲益的成功之路。對于這樣一種新穎的技術(shù)而言,這可能就是成功之道。

作者:張國勇