嵌入式系统和物联网的性能功耗比提高 88%

May 29, 2018 Brandon Lewis

在发展程度越来越高的视觉互联世界中,视频和无线功能不再是一种奢求,而成了一种经常性需求。这对嵌入式系统产生了独特需求,包括必须在功耗、热损耗和价格之间实现平衡,并且在视频和通信方面具有更高的资源和性能需求。第八代智能英特尔® 酷睿 处理器(前身为 Coffee Lake)可以满足这些需求。该款处理器采用了全新的配套芯片组,可在进行无线连接的基础上将性能功耗比 (PPW) 提高 88%。最大核心数从四个增加到六个、更高的睿频速度和更快的内存支持等其它特性使嵌入式系统开发人员可以实现用户所期望的交互式体验。

更多的核心、更多的编解码器和温度自适应睿频加速

目前,第八代智能英特尔酷睿处理器家族由移动式和台式产品组成,并且大部分专为嵌入式使用而设计。芯片采用 14 纳米工艺技术制造,与更大的工艺节点相比,可以在最大化性能的同时降低漏电功耗。此外,先进的工艺技术为其它主要架构增强铺平了道路,例如,指定 SKU 提供多达六个核心,并且将 TDP 级别保持在 35W 至 45W 范围内(图 1)。

图 1. 第八代智能英特尔® 酷睿 处理器家族现推出多达六个核心的处理器。通过将设计与制造优化相结合,可以将整体平台性能提高达 40%。(资料来源:英特尔公司

新一代英特尔酷睿处理器采用英特尔® 超线程技术(英特尔® HT 技术),允许两条线程在每个物理处理器核心上同时运行。由于可以并行执行应用程序任务,因此可以更快速地完成工作负载,从而更高效地利用处理器、降低总功耗和更好地进行散热管理。这些处理器最大化可用资源的其它方法是通过称为英特尔® 温度自适应睿频加速(英特尔® TVB)的技术。英特尔 TVB 与英特尔® 睿频加速技术(英特尔® TBT)配合使用,可以在处理器以低于指定散热和功率限制的情况下运行时,适时提供高达 200 MHz 的额外时钟速度(图 2)。

图 2. 英特尔® 温度自适应睿频加速(英特尔® TVB)与英特尔® 睿频加速技术(英特尔® TBT)结合使用,可以适时将时钟频率增加达 200 MHz。(资料来源:英特尔公司

例如,六核心英特尔® 酷睿 i7-8850H 移动式处理器的基频是 2.6 GHz,但借助英特尔 TBT 和英特尔 TVB 可以获得高达 4.3 GHz 的速度。对于在具有突发性工作负载的应用(如视频流式传输)中提供无缝用户体验方面,此额外加速至关重要。在图形处理方面,第八代智能英特尔酷睿处理器配备了英特尔® 超核芯显卡 630。配备超核芯显卡是对新款处理器的架构增强,并且在 3DMark 测量中实现了 20% 的性能提升。这些性能提升与英特尔® 高速视频同步相结合,能够为 10 位 HEVC 编码和解码及 10 位 VP9 解码之类的视频编解码器提供内置硬件支持。此外,这些处理器还可以对多达三台用于 4K 超高清 (UHD) 视频流式传输的独立显示器 提供高动态范围 (HDR) 和 Rec. 2020 色域媒体支持。基于第八代智能英特尔酷睿处理器的平台进行了多次内存升级,以保持处理器性能不断提升,包括支持高达 64 GB 的 2666 MHz DDR4 RAM、集成内存控制器和英特尔® 智能高速缓存技术。集成内存控制器存储了可实现更高内存带宽的高效预取算法,而且英特尔智能高速缓存可通过根据工作负载向核心动态分配可用高速缓存来降低延迟(图 3)。

图 3. 第八代智能英特尔® 酷睿处理器中所采用的英特尔® 智能高速缓存技术可根据工作负载向核心动态分配高速缓存,从而降低延迟。(资料来源:YouTube

更多且更快的 I/O 端口和互联配套芯片

要将这些功能用于嵌入式系统,第八代酷睿® 处理器在上一代处理器的基础上增加了四个 I/O 端口。这样一来,单个部分最多可以有 30 个高速 I/O 接口,并且支持多达六个使用 Flex I/O 的 USB 3.1 Gen 2 通道和多达 16 个 PCIe 3.0 通道。现在,如果结合配套芯片上的 24 个可用 PCIe 通道,则具有更高带宽要求的系统可以利用 40 个 PCIe 接口。请务必注意,第八代智能英特尔酷睿处理器配套的新款 Cannon Point (CNP) 芯片移除了定义 7 至 13 条信号线的英特尔® 低引脚数 (LPC) 接口,并且由具有四条信号线的英特尔增强 SPI (eSPI) 代替。信号线数量的减少可将通信所需的 PCB 走线数量降至最低。此外,eSPI 以 66 MHz 运行,是 LPC 频率的两倍,并且运行电压为 1.8 V,与 LPC 3.3 V 的运行电压相比,可以实现节能。但是,对于新一代平台控制器中枢而言,最重要的功能也许就是集成英特尔® Wireless-AC 2×2 160 MHz。英特尔 Wireless-AC 2×2 160 MHz 为最高速度为 1,733 Mbit/秒的 Wi-Fi 通信定义了媒体访问控制 (MAC) 层(PHY 层必须单独实施)。如图 4 中所示,只需使用先前技术所用时间的一小部分即可完成高清文件下载。

图 4. Cannon Point (CNP) 芯片上集成的英特尔® Wireless-AC 2×2 160 MHz 技术使无线下载速度比千兆位以太网更快。(资料来源:英特尔

对于寻求利用此连接和第八代智能英特尔酷睿处理器的计算性能的嵌入式开发人员而言,英特尔为广阔的嵌入式市场提供所要使用的合格部件。六核英特尔酷睿 i7-8850H、四核英特尔酷睿 i5-8400H 和英特尔 Q370® 芯片之类的设备生产供货期长达 15 年,并且可以在 C6B-CFLH COM Express Type 6 主板 (MSC Technologies GmbH) 之类的模块上使用(图 5)。

图 5. 借助第八代智能英特尔® 酷睿 i5 和 i7 处理器,MSC Technologies GmbH C6B-CFLH Type 6 COM Express 模块提供了可扩展性能。(资料来源:MSC Technologies GmbH

重新定义嵌入式体验

由于所有类型的用户对高清视频和无线连接带来的优势越来越习以为常,因此嵌入式系统也必须做出调整。但是,这样做意味着处理器架构和支持硬件的选择需要在遵守传统设计限制的同时,还要支持先进的新功能。第八代智能英特尔酷睿处理器正是在这些要求交汇的情况下推出,它以嵌入式友好的 TDP 包络形式提供下一代图形处理和无线连接所需的性能。在未来几个月,为了解决安全问题、管理问题和其它功能,还会围绕可扩展处理器家族发布其它产品,以帮助今天的工程师们进一步重新定义嵌入式体验。

作者简介

Brandon Lewis

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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第八代智能英特尔® 酷睿™ 处理器支持多达六个多线程内核和先进的内存,用于软件定义的网络功能和支持虚拟化的网络。为了保持数据流,多个网络工作负载可以同时执行。

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