硬核：多核架構(gòu)編程的挑戰(zhàn)

對于半導(dǎo)體行業(yè)來說，今年算是比較艱難的一年。數(shù)以百萬輛的汽車交付延遲，數(shù)以百萬計的iPhone 延遲出貨，在這場芯片短缺的危機中，消費者們一遍遍地猜想著芯片去哪兒了，一次次地被教育著芯片的重要性。

?然而，圍繞供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)的噪聲掩蓋了芯片市場中的另一個重大問題。盡管全球各個主要大國都在投入時間和金錢來解決芯片供需失衡的問題，但是，多核芯片架構(gòu)編程的復(fù)雜性日益凸顯，而且實實在在，它有可能在硬件供應(yīng)之外，對軟件創(chuàng)新的供應(yīng)產(chǎn)生類似的影響。

芯片的可編程性是當(dāng)下一個非常重要的話題。隨著我們的設(shè)備變得更加智能和互聯(lián)，新的市場機會如雨后春筍般涌現(xiàn)，而且每個機會都有自己獨特的需求。具有異構(gòu)編程環(huán)境的不靈活架構(gòu)不再足以滿足不斷變化的創(chuàng)新需求，因此，迫切需要解決新產(chǎn)品推向市場的時間、成本和回報之間的平衡問題。

但是，現(xiàn)在有這么多可用的多核架構(gòu)，它需要解決哪些具體的可編程性問題呢？

1. 上市時間延長和開發(fā)成本螺旋式上升

設(shè)計中的第一個也是最明顯的挑戰(zhàn)是當(dāng)今 SoC 所涉及的絕對復(fù)雜性?；诋悩?gòu)多核處理器的應(yīng)用需要復(fù)雜的自定義編程和驗證，即使是在最成熟和最前沿的設(shè)計公司也是如此。這反過來又會導(dǎo)致上市時間的延長，從而給芯片制造商帶來財務(wù)壓力。

由于芯片行業(yè)現(xiàn)在需要滿足和迎合無數(shù)的利基應(yīng)用，所以，在編程方面沒辦法做到“一刀切”，這意味著無法保證產(chǎn)品設(shè)計人員在一個一致、可重用和熟悉的工作環(huán)境中工作。

2. 不靈活的架構(gòu)需要您從頭開始

也許更加令人沮喪的是，一旦完成了耗時的編程過程，最終產(chǎn)品不一定是“面向未來的”。隨著設(shè)備的演進(jìn)以及變得更加智能化，對設(shè)備的要求也會更加精確和明確，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也需要相應(yīng)地改變。突然之間，您會發(fā)現(xiàn)，自己花費了幾個月定制開發(fā)的設(shè)計并無法轉(zhuǎn)化為 SoC 架構(gòu)的新版本。

由于產(chǎn)品的物理組成有如此多的變量，并且需要最大限度地提高驅(qū)動它的處理器的性能，即使是很小的更新也可能需要從頭開始重新設(shè)計。

3. 處理器“家族”的限制

盡管如此，人們?nèi)匀淮嬖谝环N誤解，即留在特定的處理器系列中將帶來重用優(yōu)勢，相反地，由于指令集不同，不同處理器系列之間的切換極其困難。Arm 處理器為您提供了靈活性和改變空間，對吧？

事實上，這個理解是錯誤的。即使在同一個處理器家族內(nèi)，每個 SoC 也都是各不相同的；沒有一個可供工程師始終使用的真正跨異構(gòu)平臺的同構(gòu)編程模型。鑒于物聯(lián)網(wǎng)和用于驅(qū)動設(shè)備的定制處理器的特定需求，業(yè)界為著不同的目的部署了不同的工具集和技術(shù)。

在一個通用參考框架中自由地交換架構(gòu)和概念，是一個非常罕見的事情——不僅將程序歸因于內(nèi)核并在內(nèi)核之間進(jìn)行跨核心的平衡極其困難，而且，即使是執(zhí)行此操作的接口也通常是很復(fù)雜且無法訪問的。

因此，簡而言之：基于多核處理器的復(fù)雜 SoC 還需要數(shù)年時間才能進(jìn)入市場，而且一旦上市后就很難修改，甚至無法修改，并且缺乏可及性和適應(yīng)性，甚至無法進(jìn)行修改。所有這些都使得最終用戶更難以將他們的產(chǎn)品塑造成他們的預(yù)期愿景。

創(chuàng)作過程

是時候從這些問題中后退一步，去看一看更大的圖景了。我們沒有足夠的時間或金錢投入在旨在實現(xiàn)可永久升級和變更的長期項目中，我們需要轉(zhuǎn)向更靈活、可及性更強的開發(fā)模式。

歸根結(jié)底，我們在這里討論的是需要一個新的設(shè)計環(huán)境，它可以作為不同產(chǎn)品之間真正通用的參考框架。它需要能夠配置不同類型的處理類型——無論是通用、數(shù)字信號處理 (DSP)、人工智能 (AI) 還是輸入/輸出 (IO)——使用相同的工具和相同的語言，并具有穩(wěn)健可靠的功能執(zhí)行特征。

鑒于上述新市場的復(fù)雜性和特殊性，像 FreeRTOS 這樣的實時操作系統(tǒng)滿足了很多這些要求。熟悉度和靈活性是工程師武器庫中的強大武器，像 FreeRTOS 這樣的操作系統(tǒng)旨在使這種靈活性盡可能地易于使用和理解。但是，這里的一個關(guān)鍵缺失部分是如何能夠?qū)⑦@樣的系統(tǒng)應(yīng)用于多核架構(gòu)。

為了最大限度地提高其通用性和可及性，該環(huán)境需要建立在一眾更加靈活的硬件平臺之上，允許工程師自行決定使用不同的處理類型。如果工程師可以根據(jù)他們的需要構(gòu)建架構(gòu)，而無需不斷學(xué)習(xí)新的語言、架構(gòu)或工具，這可以幫助他們構(gòu)建一個可以開發(fā)的解決方案，與市場一起適應(yīng)和成長，那么，多核芯片編程就不是一項難以實現(xiàn)的挑戰(zhàn)。

前進(jìn)的道路

像 FreeRTOS 操作系統(tǒng)這樣，不僅高級抽象，而且結(jié)合了對真正具有適應(yīng)性、可擴展性和可預(yù)測性的計算平臺的完全控制，將解決我們所看到的芯片行業(yè)固有的障礙。它允許工程師在不進(jìn)行整體架構(gòu)重建的情況下可靠地重新配置的硬件，以及使用基于現(xiàn)有編程技術(shù)的編程環(huán)境，將極大地提高未來平臺的可擴展性和靈活性。

解決這些障礙為電子工程師提供了環(huán)境和時間來專注于他們的工藝的創(chuàng)造性應(yīng)用，旨在沒有架構(gòu)或編程限制的情況下專門構(gòu)建特定于市場的解決方案。解決方案可以與市場一起成長和適應(yīng)，而不是以我們行業(yè)不能再依賴的傳統(tǒng)方式被拆除和重新組裝。

無論是應(yīng)對智能家居等發(fā)展中市場的挑戰(zhàn)，還是構(gòu)建語音處理等更成熟技術(shù)的更有效實現(xiàn)，每個人都能理解的多功能平臺只會使工程師受益，進(jìn)而使他們選擇的市場受益。

作者：Mark Lippett

編譯：與非網(wǎng)