HPC相关新技术的发展及应用

随着无线通信和芯片技术的快速发展，HPC(手持电脑、掌上电脑)等微型个人数字设备的发展日新月异。现阶段各种HPC的功能基本都趋于相同，那么下阶段HPC会在哪些方面有所创新和突破呢？本文作者将结合正在从事的HPC开发项目对此问题做一探讨，并介绍与HPC发展紧密联系的几项新技术。
1 CPU主频速度的快速提高和高度集成化
　　针对各种手持数字设备的需求，各个半导体芯片厂商都投入了很大的力量研发和生产适用于这些设备的CPU及协处理器芯片。用于手持设备的处理器必须高度紧凑、低功耗、低成本。为了充分缩小掌上电脑的尺寸，厂商甚至把少量存储器和I／O端口也一并集成到芯片中。
　　大家熟悉的大多数台式PC都是使用CISC微处理器，如Intel的x86和Motorola的68000家族，它们都使用了复杂的指令集，包括了所有数学指令，如Add、Sub、Mul、Div等。这些指令中的一些经常使用，另一些用得极少，但CISC处理器将处理全部的指令集。而掌上电脑使用的是RISC处理器。RISC处理器精简了指令，使得它可以运行得更快。RISC只有数学指令的子集，也就是说，可能只有Add和Sub。这并不是说它就不能执行乘除，它是采用一组简单而快速的指令来完成同样工作，例如，乘法可以是基于多次加法，而除法也相当于多次减法。RISC芯片同样主频下能执行的指令比CISC芯片快得多，并且也更廉价。RISC结构体系有两大主流：Silicon Graphics公司(硅谷图形公司)的MIPS技术，ARM公司的Advanced RISC Machines技术。此外Hitachi(日立公司)也有自己的一套RISC技术SuperH。不过，MIPS技术毫无疑问是领先者，领先Hitachi，同时市场份额是ARM的四倍。

这些芯片的速度越来越快、功能也越来越多。接下来，NEC VR系列将会达到168MHz，Intel最新的StrongARM将冲刺600MHz，Hitachi将在2000年第四季投产SH5(400MHz／714MIPS／600mW)。可以预见，到2001年中，150MHz到200MHz的掌上电脑的处理器将只是最普遍的档次，并且芯片上的Cache容量会翻倍，如表1。以英特尔公司的StrongArm系列为例，现在其最高主频已经达到了206MHz。通过利用高性能的微结构，先进的CMOS工艺技术和大容量的片上存储Cache，在MIPS／mW指标上已经处在了领先地位，从而使得移动设备可以利用操作系统和强化性能的应用程序提供更快的响应，包括语音和手写体识别，软件MODEM和更有效的JAVA解释。通过低电压工艺技术优化了电源利用率，具有提供低功耗高性能的独特能力。与之相应的协处理器集成了SSP串行数据接口、USB主控制器，与AC－link和I2S音频编解码器的串行接口，PCMCIA卡和CF卡接口以及多个附加的I／O接口，并提供了一个专用内存控制器能降低系统带宽需求，提供如此众多的手持应用的关键I／O功能，最大限度地提高了系统的总体性能。
　　以上述处理器芯片为主，添加必要的外围电路并配合相应的少量外设，就可以非常方便地设计出功能强大的HPC产品。我们设计的基本硬件构成框图如图1所示。该框图是一个HPC的全方位解决方案。对其外围电路进行修改，就可以设计出针对不同要求，提供不同功能，处于不同价位的各款数字终端产品。

2 HPC中集成无线收发模块并接入WAP服务
　　应该说，在掌上电脑中加入无线收发模块将是大势所趋，也是HPC发展进入一个新阶段的标志。可以说，哪个生产厂家能率先在这方面取得突破，谁就能在HPC上取得先机，占领市场。目前绝大部分的掌上电脑都不具有无线收发模块，需要连接电话线或手机才能接入网络，浏览信息。即使是一些带有无线模块的手持设备，如摩托罗拉的宝典828掌中网机，也只可以进行单向的无线接收。参照GSM手机的设计，我们可以在掌上电脑中集成无线收发模块，其初步方案如图2所示。用户能通过掌上电脑连接到GSM移动电话网，再接入到Internet上，真正实现带有移动通信功能的掌上电脑。掌上电脑要求小型化、省电、高可靠性，所以无线模块部分的芯片需采用专用集成电路。这里面还要考虑到电磁干扰的屏蔽和硬件电路的小型化。现在一般的掌上电脑都具有录放音的功能。如果加入了无线收发模块后，我们就可以利用原有的音频编解码电路和无线模块连接起来，提供类似手机的无线语音通信功能，拨号可以通过触摸屏来完成。设计方案如图2所示。