이매지네이션 테크놀로지스,
META HTP 멀티-쓰레디드 프로세서 IP 코어 발표

시스템 온 칩(SoC) 모바일 멀티미디어 기술의 선도적인 기업인 이매지네이션 테크놀로지스는 오늘 지난 10월 31일 일본 도쿄에서 열린 멀티코어-엑스포 에서 새로운 META HTP 멀티-쓰레디드 프로세서 IP 코어 제품군을 발표했다.  이미 업계의 높은 명성을 떨치고 있는 이매지네이션의 META™ 멀티-쓰레디드 프로세서 코어 기술의 최신버전인 MEAT2 아키텍처를 기반으로 한 META HTP는 강력한 OS 및 애플리케이션에 대한 지원을 확장하였으며, 속도와 구조적인 성능을 대폭 개선하였다.

수백만 개의 실리콘으로 그 성능이 입증된 바 있는 META HTP의 멀티-쓰레디드 아키텍처는 멀티플 쓰레드의 중복 실행과 애플리케이션의 풍부한 멀티플 타임-크리티컬 DSP를 구현하며, 비-실시간 기반의 일반적인 작업을 동일한 프로세서에서 동시에 실행할 수 있도록 하여 기존의 프로세서를 훨씬 능가하는 성능을 제공하면서도 소비전력과 실리콘 면적을 감소시킴으로써 한 개의 META HTP로 여러 개의 고성능 RISC 및 DSP 코어를 대체할 수 있게 해준다.

META HTP는 보다 긴 파이프라인을 구현하여, 표준 셀과 캐시용으로 고속 SRAM 마크로를 사용하여 130nm 에서 360 MHz, 90nm 에서 500 MHz, 65nm 에서 700 MHz까지의 고속 클럭 스피드를 달성할 수 있도록 해준다.  일반적으로 파이프라인이 길어지면 MHz 당의 벤치마크 성능이 저하되는 것이 일반적이지만, META HTP는 이러한 단점을 보완하기 위하여 리턴 어드레스 캐시와 브랜치 예측 테이블 지원 등의 구조적인 특성을 추가하였다.  네 개의 쓰레디드 META HTP는 65nm의 공정에서 1552 DMIPS까지 지원한다.

META HTP는32-비트 단정밀도와 64-비트의 이중정밀도 포맷을 모두 지원하는 풀 부동 소수점 옵션과 함께 정수 및 DSP가 가능하다.

META HTP 프로세서는 기존의 META 패밀리 프로세서들과 호환 코드를 사용하며, 공통적인 인스트럭션을 위해 사용되었던 기존의 META MTX1 인스트럭션과 같이 이매지네이션의 Minim™ 16-bit 인스트럭션 세트를 함께 소개할 예정이다. 이를 통해, 일반적인 32-bit 인스트럭션 세트에 비하여 코드 밀도를 보통 20~30% 정도 증가시킬 수 있으며, 기존의 META 프로세서와 호환 코드를 사용하므로 오디오, 비디오, 통신 기타 임베디드 SoC 업무의 광범위한 애플리케이션에 즉시 적용할 수 있다.

META HTP 아키텍처는 기존 프로세서의 개발과적에 그대로 적용할 수 있는 소프트웨어 개발을 지원하면서 대폭 강화된 성능을 제공한다. META HTP는 또한 업계에서 좋은 평가를 받고 있는 이매지네이션 테크놀로지스의 CODESCAPE™ 첨단 개발 툴을 통해 지원되어 실시간 non-intrusive 추적 등의 광범위한 첨단 디버깅 기능을 제공한다.

왜 멀티-쓰레딩인가?
SoC(시스템 온 칩) 디바이스들은 엄격한 시스템 타이밍과 전력 및 성능상의 조건을 만족하면서 다기능, 고속 데이터 스트림 I/Os을 필요로 하는 글로벌 제품들과 주변기기를 위해 설계된다. CPU, DSP, GPU 등 다수의 유닛을 위한 메모리 서브 시스템에 요구되는 상충되는 까다로운 조건들로 인하여 프로세서의 잠재 처리능력은 SoC 메모리의 지연에 의하여 크게 감소된다. 기존의 CPU 솔루션들은 이러한 문제를 해결할 수 없으며, 오직 최대의 지연을 최대한 줄일 수 있도록 설계된 프로세서만이 가장 효율적인 솔루션이 될 수 있는 것이다.

시스템 관리를 위하여 META HTP 프로세서는 낮은 클럭 스피드에서 실시간으로 높은 성능을 낼 수 있도록 특별히 설계되어 메모리 대역폭을 최대한으로 이용할 수 있게 하고 시스템의 지연을  대폭 감소시킨다.

META HTP의 다중 하드웨어 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 부담 없이 평행/중복 방식으로 작동하는 각각의 가상 프로세서들이다. 각각의 META HTP 하드웨어 쓰레드는 합성 과정에서 RISC 또는 DSP가 될 수 있으며, 각각의 가상 프로세서는 임베디드 Linux, Nucleus 또는 이매지네이션의 MeOS RTOS 등 독립적인 OS를 구동할 수 있을 뿐 아니라 코드 기반으로도 운영이 가능하다.

이매지네이션의 토니 킹 스미스(Tony King-Smith) 마케팅 수석 부사장은, “META HTP의 측정 가능한 아키텍처는 다중 프로세싱의 모든 장점을 다 갖추고 있으면서도 실리콘 자원과 개발의 복잡성은 감소시킨 것이 특징이다. 또한 멀티 프로세서 방식에 비하여 가격은 훨씬 더 저렴하다. 통일된 아키텍처로서 강력한 DSP와 범용 프로세싱을 함께 지원하며 SoC 솔루션의 멀티-쓰레딩 기능으로 메모리 지연을 ‘없애’ 준다. 이매지네이션의 고객들은 이미 수 백만 개의 제품을 통하여 META 아키텍처의 장점을 입증하고 있다. META HTP는 차세대 SoC의 고집적 주변기기와 코프로세서에서 멀티-쓰레딩을 사용하는 장점을 극대화하면서 동시에 그 아키텍처의 성능을 새로운 경지로 높였다.”라고 말했다.

시스템 지연 감소로 SoC에 최적화
기존의 프로세서들은 멀티태스킹 RTOS가 제어하는 소프트웨어의 콘텍스트 스위치를 수행하는 동안 흔히 멀티사이클 메모리 지연 때문에 멈추어버리거나 또는 그 성능의  저하를 겪게된다.META HTP는 다른 솔루션들에 비하여 시스템 지연 문제를 대폭 향상시켜, 어떤 쓰레드가 정지될 경우 다른 쓰레드가 이를 대신 수행하며, 이 스위칭 과정에서 오버헤드가 전혀 없어 정지 사이클을 완전히 없앨 수 있다.

매 사이클에서 각 쓰레드에 요구되는 자원에 따라서 하나 또는 그 이상의 쓰레드가 실행되며, 중앙 ALU와 메모리 사용을 극대화 해준다. META HTP의 Superthreading™은 동일한 자원을 사용하지 않는 각 쓰레드들이 동시에 실행될 수 있도록 해주므로 클럭 사이클 당 처리능력을 증가시킨다.

각 META HTP 스레드의 처리능력은 멀티 프로세싱과 마찬가지로 하드웨어적이 아니라 소프트웨어적으로 구성 가능하므로 유연성이 높다. 이매지네이션의 오토매틱 MIPS 얼로케이션 (AMA™) 기술은 복수의 time-critical 태스크를 수행할 때 쓰레드를 사용하기 쉽도록 해주고 실시간을 기반으로 할 수 있게 해준다.

저 전력, 고성능
META HTP는 낮은 전력소비로 설계되었으며, 슈퍼쓰레딩을 통해 클럭 사이클 당 처리 능력을 증가시켜 AMA가 시스템 부하의 균형을 처리하는 동안 SoC가 낮은 클록 속도에서 실행될 수 있도록 하여 프로세싱 데드라인을 맞출 수 있게 한다. 또한, 저 수준의 클럭 게이팅(gating), 쓰레드 및 리소스 스케줄링으로 클록 게이팅 운영과 매 사이클 마다 자동적으로 스위치 오프되는 비 사용 리소스제어 등을 포함한 섬세한 전력소비 관리가 이루어진다. META HTP 프로세서는 이러한 기능들을 통해 다른 프로세서와 비교하여 볼 때, 훨씬 더 낮은 주파수에서 같은 프로세싱 성능을 제공한다.

META HTP를 이용한 효율적인 SoC 설계 시스템 온 칩은 적절한 속도에서 동작되는 실시간 프로세서와 특수한 작업를 수행하는 코프로세서를 결합하여 그 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. META HTP 코프로세서 인터페이스는 최고8개의 쓰레드 및/또는 인터페이스를 지원하여 쓰레드가 다른 하드웨어 모듈과 동시에 동작할 수 있도록 한다. 각 인터페이스는 단일 사이클 동기 64-비트의 데이터 송수신을 지원한다.

또한 이매지네이션의 META HTP 프로세서 제품군은 광범위한 오디오 디코더 및 오디오 성능 개선 알고리즘을 포함하고 있다. 이매지네이션의 비주얼 IP 와 통신 IP 코어 제품군의 접목을 통해 META HTP는 최첨단의 멀티미디어 SoC가 요구하는 성능을 만족시킬 수 있는 모든 기능을 갖출 수 있다.

META HTP IP 코어의 내부
META HTP는 최고 4개의 16-비트 MACs/cycle, 또는 최고 2개의 32-비트 MACs/cycle과 VLIW-like 인스트럭션 템플릿을 갖추어 한 사이클 당 4개의 인스트럭션을 합한 복잡한 DSP 운영을 수행할 수 있다.

META HTP는 네 가지 방법의 세트 공동 데이터와 인스트럭션 캐시 및 디맨드 페이지 가상 메모리를 지원할 수 있는 쓰레드 인식 MMU를 보유하여 완전한 기능의 OS와 최적화된 Linux를 지원한다.

META HTP의 디버깅 기능은 고속의 non-intrusive JTAG 커넥션을 통하여 사용할 수 있으며, META HTP 프로세서에는 디버깅 코드가 없어도 된다. PC 기반의 첨단 CODESCAPE Debugger 는 코드 작성 도중에 ROM 없이 리셋 부팅이 가능하도록 하여 META HTP 코어를 제어할 수 있으며, 풍부한 디버깅 기능뿐 아니라 타겟 시스템 메모리와 주변장치를 초기화할 수도 있다.

META HTP의 공개 출시와 아울러, 이매지네이션은 높은 명성을 떨치고 있는 META1 아키텍처 기반의 META ATP 멀티-쓰레디드 프로세서 코어의 최신 버전을 공개하였다. META ATP의 최신 버전에는 코어 코드 메모리와 실시간 추적 지원 등 다양한 개선 기능이 포함되어 있다.

연구논문
이매지네이션의 짐 휘트워커(Jim Whittaker)는 멀티코어-엑스포회의에서 “저전력 프로세스로 구현된 합성가능한 고속 CPU 코어”라는 제목의 논문을 발표하였으며, 동 엑스포와 연계하여 일본에서 개최된 임베디드 프로세서 심포지엄에서 “멀티 코어 시스템의 소프트웨어 개발 문제에 대하여”라는 제목으로 META 개발에 사용할 수 있는 툴들을 소개하였다. 니케이 BP의 간판 잡지인 니케이 일렉트로닉스(Nikkei Electronics)는 2002년 이후 매년 임베디드 프로세서 심포지엄을 개최하여 임베디드 하드웨어 및 소프트웨어 설계자가 필요로 하는 사항들을 다루어 오고 있다. 이 두 논문은 온라인으로 www.imgtec.com에서 제공하고 있다.