為嵌入式系統與物聯網提供高出 88% 的每瓦效能

May 29, 2018 Brandon Lewis

在日益視覺化的連網世界中,視訊與無線功能不再是奢侈的選項,而經常是必要條件。這為嵌入式系統帶來了獨特的需求,必須隨視訊和通訊的高資源與高效能需求,在電力消耗、散熱和價格方面取得平衡。第 8 代 Intel® Core 處理器(原代號 Coffee Lake)可以滿足這樣的需求,除了無線連線能力的基礎,還結合了新系列的輔助晶片組,提供高出百分之 88 的每瓦效能 (PPW)。加上將最大核心數量從四個增加至六個、更高的渦輪速度,以及更快的記憶體支援等其他功能,讓嵌入式系統開發者能為使用者提供符合期待的互動式體驗。

更多核心、更多編碼解碼器,以及 Thermal Velocity Boost 技術

第 8 代 Intel Core 處理器產品目前有筆記型與桌上型版本可供選擇,其中有多種是設計用於嵌入式系統。晶片以 14 奈米製程技術打造,可最大化效能,同時比起較大型的處理節點,可有效減少電源耗損。這個先進的處理技術也為其他重要的架構增強功能奠定了基礎,例如特定 SKU 擁有最多六核心,但可將 TDP 等級維持在 35 瓦至 45 瓦之間(圖 1)。

圖 1. 第 8 代 Intel® Core 處理器產品現在提供最多六核心的選項。配合設計與製造方法最佳化,這讓整體平台效能增加了高達百分之 40。(資料來源:Intel 公司

新一代的 Intel Core 處理器搭配 Intel® 超執行緒技術,讓每個實體處理器核心可同時執行兩個執行緒。透過平行處理應用程式任務,使完成工作負載的時間更短,進而讓處理器使用率更有效、總耗電量更低、散熱管理更優異。這些處理器能最大化可用資源的另一個方法,是一種稱為 Intel® Thermal Velocity Boost (Intel® TVB) 的新技術。Intel TVB 與 Intel® 渦輪加速技術一起作用,在處理器低於特定溫度和功率限制的情況時,利用適當時機額外提高 200 MHz 時脈速度(圖 2)。

圖 2. Intel® Thermal Velocity Boost (Intel® TVB) 與 Intel® 渦輪加速技術一起作用,利用適當時機額外提高 200 MHz 時脈頻率。(資料來源:Intel 公司

以六核心的 Intel® Core i7-8850H 筆記型處理器為例,其具有 2.6 GHz 的基礎頻率,但透過 Intel 渦輪加速技術和 Intel TVB,可加速至最高 4.3 GHz。在視訊串流等具有繁重工作負載的應用中,若要提供順暢的使用者體驗,這樣的額外強化能力就可能非常重要。在影像處理能力方面,第 8 代 Intel Core 處理器搭載了 Intel® UHD Graphics 630。除了其他架構增強功能以外,新處理器在加上這樣的影像處理能力後,在 3DMark 效能標竿的分數上更進步了百分之 20。這樣的進步是透過 Intel® 高速影像同步轉檔技術達成,這項技術提供的內建硬體可支援視訊編碼解碼器,例如 10 位元 HEVC 編碼與解碼,以及 10 位元 VP9 解碼等。處理器還另外支援高動態範圍 (HDR) 和 Rec. 2020 色彩空間媒體,最多可跨三個獨立顯示器串流 4K 超高畫質 (UHD) 視訊。搭載第 8 代 Intel Core 處理器的平台結合了數種記憶體升級以維持處理效能的高峰,包括支援最高 64 GB 的 2666 MHz DDR4 RAM、整合式記憶體控制器,以及 Intel® 智慧型快取記憶體技術。整合式記憶體控制器儲存了能產生較高記憶體頻寬的高效預先擷取演算法,同時 Intel 智慧型快取記憶體能根據工作負載將現有的快取動態配置至核心,有助於減少延遲(圖 3)。

圖 3.  第 8 代 Intel® Core 處理器的 Intel® 智慧型快取記憶體技術能根據工作負載將現有的快取動態配置至核心以減少延遲。(資料來源︰YouTube

更多、更快的 I/O 和連線配備

為了將這些功能帶入嵌入式系統,第 8 代 Core® 處理器在前一代的架構上增加了四個 I/O 連接埠。這讓單一連接埠擁有高達 30 個高速 I/O 介面,使用彈性 I/O 支援最多六個 USB 3.1 Gen 2 線道,以及最多 16 個 PCIe 3.0 線道。結合輔助晶片組上的 24 個 PCIe 線道,讓具有高頻寬需求的系統擁有高達 40 個 PCIe 介面的優勢。請注意,第 8 代 Intel Core 處理器搭配的全新 Cannon Point (CNP) 晶片組取消了定義 7 至 13 訊號線路的 Intel® Low Pin Count (LPC) 介面。取而代之的是具有四個訊號線路的 Intel 強化 SPI (eSPI)。訊號線路減少可最小化通訊需要的 PCB 追蹤數量。eSPI 的執行頻率為 66 MHz,是 LPC 的兩倍,運作功率為 1.8 V,相較於 LPC 的 3.3 V,更能達到節省能源的目的。但新一代平台控制器中樞 (PCHs) 最值得注意的功能可能是整合了 Intel® Wireless-AC 2×2 160 MHz。Intel Wireless-AC 2×2 160 MHz 以高達 1,733 Mbit/s 的速率定義 Wi-Fi 通訊的媒體存取控制 (MAC) 層(PHY 層必須單獨實作)。如圖 4 所示,相較於使用以前的技術,這能大幅縮短下載 HD 檔案的時間。

圖 4. 整合於 Cannon Point (CNP) 晶片組上的 Intel® Wireless-AC 2×2 160 MHz 技術可提供比 Gigabit 乙太網路更快的無線下載速度。(資料來源:Intel)

針對想要運用這種連線能力與第 8 代 Intel Core 處理器運算效能的嵌入式開發者,Intel 提供適合用於廣大嵌入式市場的合格零件。如六核心的 Intel Core i7-8850H、四核心的 Intel Core i5-8400H,以及 Intel Q370® 晶片組等裝置都擁有 15 年的產品供貨時間,並可應用在 MSC Technologies GmbHC6B-CFLH COM Express Type 6 電路板(圖 5)等模組上。

圖 5. MSC Technologies GmbH C6B-CFLH Type 6 COM Express 模組,搭載第 8 代 Intel® Core i5 和 i7 處理器,提供可擴充的效能。(資料來源︰MSC Technologies GmbH

重新定義嵌入式系統體驗

各種類型的使用者都越來越習慣 HD 視訊與無線連線功能,嵌入式系統也必須有所改變。但要這麼做,必須選擇能相容傳統設計限制,同時支援進階新功能的處理器架構與支援硬體。第 8 代 Intel Core 處理器可以滿足這些需求,提供新一代繪圖能力所需的效能,以及適合嵌入式系統 TDP 包封的無線連線能力。在接下來的幾個月間,我們可以期待可擴充處理器產品的更多消息,這些處理器將能提供安全性、管理能力,以及其他功能,協助現今的工程師們進一步重新定義嵌入式系統體驗。

作者簡介

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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