Alquimia (procesador)

Alchemy es una familia de microprocesadores integrados de ultrabajo consumo, diseñados originalmente por Alchemy Semiconductor para dispositivos de comunicación y multimedia. Los procesadores Alchemy son SoC que integran un núcleo de CPU, un controlador de memoria y diversos periféricos. Todos los miembros de la familia utilizan el núcleo de CPU Au1, que implementa el conjunto de instrucciones MIPS32 de MIPS Technologies .

Alchemy Semiconductor era una empresa de semiconductores sin fábrica propia con sede en Austin, Texas . Fundada en 1999 con una inversión inicial de Cadence Design Systems , obtuvo la licencia de la arquitectura MIPS de 32 bits para diseñar, desarrollar y comercializar SoC de alto rendimiento y ultrabajo consumo para el mercado de dispositivos de borde de Internet. Los periféricos se obtenían bajo licencia de terceros. El equipo fundador incluía a antiguos miembros del Centro de Investigación y Diseño de DEC en Austin que trabajaban en el proyecto StrongARM , disuelto después de que DEC vendiera su negocio de microprocesadores a Intel . En mayo de 2000, Alchemy Semiconductor se convirtió en una empresa independiente. ^{[ 1 ]}

Alchemy Semiconductor presentó el primer miembro de la familia, el procesador Au1000, en el Embedded Processor Forum en San José, California, el 13 de junio de 2000, ^{[ 2 ] [ 3 ]} con muestras limitadas para clientes en febrero de 2001 y disponibilidad en cantidades de producción en el segundo trimestre de ese año, seguido en 2001 y 2002 por el Au1500 y el Au1100.

En febrero de 2002, AMD adquirió Alchemy para competir con los procesadores XScale de Intel , basados ​​en ARM y sucesores de la línea StrongARM. Ampliaron la familia con el procesador de red de seguridad Au1550 y el procesador Au1200, optimizado para aplicaciones PMP , así como el chipset inalámbrico Am1772, compuesto por el transceptor Am1770 y los chips de banda base/MAC integrados Am1771. En el verano de 2006, AMD vendió sus activos de Alchemy a Raza Microelectronics, posteriormente renombrada RMI Corporation . Esta compañía presentó los procesadores Au1210 y Au1250, basados ​​en el Au1200 y compatibles en cuanto a pines, y finalmente, en 2009, la serie Au1300, que integraba un procesador gráfico. RMI se fusionó con NetLogic Microsystems a finales de 2009, ^{[ 4 ]} que a su vez fue adquirida por Broadcom Corporation en febrero de 2012. ^{[ 5 ]} Broadcom continuó vendiendo procesadores Alchemy, aunque solo bajo obligaciones de disponibilidad a largo plazo, al menos hasta 2017.

El núcleo de CPU Au1 diseñado por Alchemy implementa la arquitectura MIPS32 ISA Release 1 y admite la interfaz MIPS EJTAG. No incluye una unidad de punto flotante ; las instrucciones FP generan una excepción y pueden emularse por software. También se omitieron la compresión de código (MIPS16) y el modo supervisor opcional. La traducción de direcciones virtuales se basa en la TLB y utiliza un gestor de excepciones rápido en lugar de un recorrido de tabla por hardware. El núcleo admite ocho fuentes de interrupción con priorización por software. Dispone de dos modos de bajo consumo en los que se detienen los relojes de todas las unidades del núcleo; uno de estos modos exceptúa la caché de datos para mantener la coherencia de la caché con el resto del sistema.

Au1 es una microarquitectura escalar en orden con una clásica arquitectura RISC de cinco etapas mejorada con varias optimizaciones. Incluye una  caché de instrucciones asociativa de 4 vías de 16 KiB, una  caché de datos de escritura diferida de 4 vías de 16 KiB, un archivo de registros, un búfer de escritura y una unidad de multiplicación-acumulación de 16/32 bits y un divisor de hardware de 1 bit/ciclo. La caché admite la precarga por software, el bloqueo de líneas de caché y un modo de transmisión. Todas las etapas de la arquitectura se completan en un ciclo cuando hay datos disponibles, y todos los riesgos y dependencias de la arquitectura se aplican mediante enclavamientos de hardware. Algunas instrucciones requieren varios ciclos. ^{[ 3 ] [ 6 ] [ 7 ]}

El SoC Au1000 está clasificado para frecuencias de núcleo de hasta 500  MHz. A 400  MHz opera a 1,5  V y el chip consume no más de 500  mW, con un rendimiento de más de 900 Dhrystone-2,1 MIPS/Watt según Alchemy Semiconductor. Los procesadores Au1000 y Au1500 se fabricaron en un proceso TSMC de 180  nm LV lógica 1,5 V/3,3 V 1P6M, el Au1100 redujo aún más el consumo de energía con un  proceso TSMC de 130 nm. ^{[ 6 ] [ 8 ]} No se divulgaron detalles de fabricación de modelos posteriores.

El núcleo de la CPU, los controladores de memoria integrados y los periféricos están conectados mediante un bus de sistema interno de 32 bits (SBUS) que funciona a una frecuencia de hasta la mitad de la frecuencia del núcleo de la CPU. Los periféricos más lentos que no son capaces de funcionar como maestros de bus se conectan mediante un bus periférico auxiliar. La caché de datos del núcleo monitoriza el SBUS para garantizar la coherencia con otros maestros de bus, por ejemplo, un motor DMA. Los modelos Au12xx integran un bus lateral de 64 bits (RBUS) para periféricos que requieren mayor ancho de banda del controlador de memoria. ^{[ 9 ]} Los modelos Au13xx tienen un RBUS por canal de memoria. ^{[ 10 ]}

Todos los procesadores Alchemy integran un controlador DRAM , un controlador de bus estático, un controlador DMA de 8 canales para transferencias de datos entre memoria y periféricos, controladores de interrupción, temporizadores y una unidad de administración de energía. El controlador de bus estático admite SRAM , ROM , NAND/NOR Flash (Au1550), Flash/ROM en modo página, dispositivos PCMCIA / CompactFlash y periféricos de E/S como un controlador LCD externo, modo IDE PIO de hasta ≈80  Mbit/s (Au12xx) o modo ATA-6/UDMA 5 (Au13xx). Los procesadores Au1550 y posteriores tienen un controlador DMA basado en descriptores de 16 canales más flexible. El Au1550 integra un motor de seguridad SafeNet que proporciona un generador de números aleatorios basado en entropía y acelera los algoritmos de cifrado DES , 3DES , AES y RC4 , y los algoritmos hash MD5 y SHA-1 .

Los procesadores Au1100 integran un controlador LCD que admite paneles de hasta 800 × 600 píxeles con una profundidad de color de 16 bits. El controlador LCD de los procesadores Au12xx admite una resolución de hasta 2K y hasta 24 bits por píxel, cuatro ventanas de superposición, mezcla alfa y corrección gamma. El módulo de interfaz de cámara (CIM) cuenta con un bus de 8/9/10 bits compatible con ITU-R BT.656  que funciona a hasta 33 MHz y admite la conversión de UYVY ( YUV 4:2:2 ) y Bayer RGB a formato planar. El motor de aceleración de medios acelera la decodificación de vídeo y admite los formatos MPEG-1/2/4 , DivX-3/4/5 , H.263 y WMV 9/VC-1 con resoluciones de hasta 720 × 576. Admite la conversión de espacio de color por hardware y el escalado de imagen con un filtro de 4 tomas, también para el CIM. El periférico MAE2 de los procesadores Au13xx añade compatibilidad con los estándares H.264 y JPEG , decodificación de flujo de bits por hardware y resoluciones de hasta 720p. El motor de procesamiento gráfico disponible en algunos procesadores Au13xx es un ARM Mali-200 que acelera los gráficos 2D y 3D compatibles con OpenVG 1.1 y OpenGL ES 1.1 y 2.0.

Cada miembro de la familia estaba disponible con diferentes frecuencias de núcleo y, por lo tanto, potencias nominales, rangos de temperatura comerciales e industriales, en un encapsulado sin plomo o (modelos anteriores) estándar. Para todos los modelos se utilizó un encapsulado de matriz de rejilla de bolas de plástico de paso fino y perfil bajo (LF-PBGA), con un número de bolas que variaba de 324 (Au1000) a 537 (Au13xx), un paso de 0,65  mm a 1,0  mm y un tamaño de encapsulado de 17  mm × 17  mm × 1,7  mm a 23  mm × 23  mm × 1,5  mm.

Los procesadores Alchemy se comercializaron para pasarelas y puntos de acceso inalámbricos ; dispositivos VoIP , de navegación y NAS ; decodificadores , clientes ligeros, reproductores multimedia y de televisión portátiles y para automóviles , y marcos de fotos digitales .

Algunos ejemplos son la familia de clientes ligeros Sun Ray 2 , varios dispositivos Cowon PMP , tarjetas de administración remota Dell DRAC5, AirPort Extreme Base Station, productos integrados para redes de Sun Microsystems ; 4G Systems MTX-1 AccessCube MeshCube

• Sitio web de Alchemy Semiconductor en Wayback Machine (archivado el 16 de agosto de 2000)
• Familia de procesadores AMD Alchemy™ Solutions en Wayback Machine (archivado el 3 de febrero de 2006)
• Sitio web de Raza Microelectronics en Wayback Machine (archivado el 10 de julio de 2006)
• Sitio web de RMI Corp. en Wayback Machine (archivado el 10 de febrero de 2008)
• Alquimia en el sitio web de NetLogic en Wayback Machine (archivado el 14 de diciembre de 2010)
• Alchemy se archivó el 3 de marzo de 2009 en la página de Wayback Machine en linux-mips.org.