TI AM5K2Ex处理器实现高性能和低功耗的平衡

德州仪器（TI）日前宣布基于KeyStone架构的AM5K2Ex处理器已开始供货。AM5K2Ex面向航空电子、工业路由与交换、企业网关及通用嵌入式控制器等应用，处理能力高达19600 DMIPS，而需功率却不到10W。AM5K2Ex处理器如何同时实现高性能和低功耗呢？TI半导体事业部数字信号处理系统产品技术支持经理丁刚先生给出了详细的解读。

图：AM5K2Ex处理器

丁刚表示：TI的芯片强调性能和功耗的平衡。AM5K2Ex处理器内核非常强大，ARM Cortex-A15是目前处理能力最高的32位内核，针对高性能应用。例如，手机经常会用到多核，其中有些会使用A15，但一般不会全部用A15，往往会用大小核，如一颗A7配一颗A15。Cortex-A15用于一些非常有挑战的应用。

Cortex-A15更普遍的应用是做高性能处理，性能可以媲美英特尔处理器，被用在Micro Sever（微服务站）等应用当中。AM5K2Ex处理器集成四颗A15内核，A15里也把专门针对计算的加速器NEON集成进去。AM5K2Ex的计算能力是1.9万个DMIPS，也就是每秒跑2000×100万个指令。

据介绍，AM5K2Ex处理器的外设也很有特点，最突出的是高速总线部分，它有很多SerDes接口，其中会用到较多的是8个千兆以太网、2个万兆以太网，包里有加速器和处理功能。集成的DSP可以用于纯粹的信号处理，算法非常复杂的运算可以通过这个DSP来做加速。它还具有安全加速器和包处理，支持各种加密算法，其中包含祖冲之加密算法，这是中国提出的在4G通讯中应用的一种加密算法。在包加速方面，包加速和交换机结合起来，底层网络处理就可以通过加速器处理，无须CPU或DSP的干预就可以完成打包、起包。

如何降低总体功耗，实现每瓦2000DMIPS的处理能力呢？AM5K2Ex处理器的低功耗得益于KeyStone架构在电源管理方面的特性。

首先，高性能处理器功耗分成两部分，一是静态漏电流功耗，二是动态运算的功耗。动态功耗取决于处理器的负载高低，而漏电流与负载无关。KeyStone第二代架构能够判断不使用的外设和内核，把其的电源彻底断掉，切断直接供电，漏电流降为零。另一方面，KeyStone第二代架构具有快速唤醒功能，从休眠模式能迅速恢复成休眠之前的状态。

如下图所示，以KeyStone架构为基础能够提供每瓦极高的性能。KeyStone是多核架构的重要支撑，包含一个多核Navigator及一个TeraNet内部总线，形成内部数据的枢纽、基础架构。在这个基础上加入不同的IP，左边是与核相关的IP，右边是加速器等，下方是芯片与外界相交互的I/O。

图：KeyStone架构

丁刚强调，AM5K2Ex面向工业、嵌入式市场，这些市场有三点特殊的要求：一是性能、处理能力和功耗是要针对工业应用优化的；二是极高的芯片现场可靠性；三是易用性。

AM5K2Ex处理器可支持-40℃至100℃的宽泛温度范围，并拥有极长的生命周期，通电时间高达10万小时，同时具备软错误率评估功能。此外，跨所有片上存储器和外部DDR存储器接口的全面存储器纠错码或奇偶校验功能还可加强关键用例的可靠性。目前，采用AM5K2Ex设计的网络视频设备已经推出，我们期待AM5K2Ex的广泛应用能有效降低高性能工业和网络终端的功耗。