Prozessorarchitekturen Virtualisierung und SIMD in der nächsten Generation der MIPS-Architektur

Redakteur: Holger Heller

Eine neue Version der MIPS-Architektur, welche die Befehlssatzarchitekturen für MIPS32, MIPS64 und microMIPS umfasst, stellt die Release 5 (R5) von MIPS Technologies dar, an der über zwei Jahre entwickelt wurde.

Release 5 (R5) der MIPS-Basisarchitektur: mehr Rechenleistung durch SIMD-Architekturmodul und skalierbares Virtualisierungsmodul für Hardware-Virtualisierung
Release 5 (R5) der MIPS-Basisarchitektur: mehr Rechenleistung durch SIMD-Architekturmodul und skalierbares Virtualisierungsmodul für Hardware-Virtualisierung
(MIPS Technologies)

Die neue Version R5 der MIPS-Architektur basiert auf jahrelanger Entwicklung und enthält Funktionen für die nächste Generation MIPS-basierter Geräte: mehr Rechenleistung durch das MIPS-SIMD-Architekturmodul (MSA); ein skalierbares Virtualisierungsmodul (VZ) ermöglicht sichere Hardware-Virtualisierung in verschiedenen Anwendungen – vom kleinen Mikrocontroller bis hin zu Highend-Enterprise-Lösungen.

Enhanced Virtual Addressing (EVA) Technologie ermöglicht mehr adressierbaren Hauptspeicher für heutige große Anwendungen, und Multi-threading- sowie DSP-Erweiterungen sind nun als Module in die MIPS-Basisarchitektur integriert.

MIPS-SIMD-Architekturmodul (MSA)

Das MIPS-SIMD-Architekturmodul (MSA) ermöglicht die Parallelverarbeitung von Vektor-Operationen, was in immer mehr Anwendungen an Bedeutung gewinnt. In Consumerelektronik wie Mobiltelefonen und Unterhaltungselektronik unterstützt SIMD multimediale Anwendungen einschließlich Kommunikation, Audio-, Video-, Bild- und Grafikverarbeitung. In Enterprise-Anwendungen ermöglicht SIMD einen höheren Datendurchsatz, besonders wichtig vor allem in der Forschung und Entwicklung, bei hochleistungsfähigen Rechnern und beim Data Mining.

Das Modul fügt neue Befehle zur MIPS-Architektur hinzu, die sich streng an die RISC-Designregeln halten. Von Anfang an wurde die Architektur aus einfachen Befehlen entwickelt, die zu weniger komplexen Implementierungen führen. Diese einfache Art von Instruktionen kann von Hochsprachen wie C oder OpenCL besser unterstützt werden. Damit sind das schnelle und einfache Entwickeln neuen Codes und der Einsatz bereits bestehenden Codes gewährleistet.

MIPS-Virtualisierungsmodul (VZ)

Das MIPS Virtualization (VZ) Modul ist eine skalierbare Option mit Funktionen zur Sicherheit und Support für verschiedene Betriebssysteme. Im Markt für Unterhaltungselektronik und Mobiltelefone sorgt Hardware-Virtualisierung für mehr Sicherheit und Schutz von Inhalten – als wichtige Voraussetzung, weil HD Media Streaming, Cloud-Speicher, sicherer ID-Schutz, mobiles Bezahlen und andere hochsichere Anwendungen zunehmend genutzt werden.

Durch immer leistungsfähigere 32-Bit-MCUs steigen die Sicherheitsanforderungen ebenso in Embedded-Anwendungen wie Smart Grids und Smart Meter. Auch im Enterprise-Bereich ist Virtualisierung wichtig: Hier ermöglicht sie, dass mehrere Betriebssysteme und Anwendungen parallel laufen und so eine Konsolidierung der Prozessorauslastung stattfindet.

Zusätzlich zu den MSA- und VZ-Modulen enthält die neue Architektur R5 auch Enhanced Virtual Addressing (EVA). Das ermöglicht eine flexible Definition des virtuellen Adressraums und erweitert den verfügbaren physikalischen Speicher für hohe Auslastung. In MIPS‘ proAptiv- und interAptiv-Core-Familien wird diese Funktion bereits unterstützt.

Optionale Architekturerweiterungen, wie Multi-threading und DSP, die früher in Application Specific Extensions (ASEs) definiert waren, runden die MIPS-Architektur R5 ab. Damit können Lizenznehmer diese gängigen Techniken einfacher in ihre Produkte integrieren, und das Ecosystem rund um die MIPS-Architektur weiter ausbauen. Das MIPS-Ecosystem umfasst zahlreiche Entwicklungstools, Betriebssysteme, Anwendungen, Middleware, Treiber.

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