Innovative Design-Technologie für deutlich leistungsfähigere, effizientere und preiswertere elektronische Systeme

Infineon steigert Leistung von Mikrocontrollern bis zum Faktor 10

Infineon Technologies hat eine neue Chip-Entwurfstechnologie angekündigt, die zu einer wesentlichen Leistungssteigerung bei Embedded-Prozessoren führen wird. Embedded-Prozessoren sind zentrale Bauelemente in vielfältigen elektronischen Systemen wie Mobiltelefonen, PDAs, Computerperipherie sowie in der Automobil- und Consumer-Elektronik. Die bahnbrechende Technologie von Infineon mit der Bezeichnung MyVP (My Virtual Processor) erlaubt es Entwicklern, Leistungssteigerungen bei der Prozessor-Leistung bis zum Faktor 10 zu erzielen. Damit übertrifft Infineon die Gesetzmäßigkeit nach „Moore`s Law“, die eine Verdoppelung der Leistung mit jeder neuen Chip-Generation postuliert, deutlich.

Typischerweise wird die Erhöhung der Chip-Leistungsfähigkeit – worauf auch das Gesetz von Gordon Moore basiert – durch eine Verkleinerung der Transistor-Strukturen erreicht, mit daraus resultierender höherer Geschwindigkeit bzw. Rechenleistung. Die MyVP-Technologie von Infineon erzielt die signifikante Leistungssteigerung dadurch, dass sie die Art und Weise, wie ein Embedded-Prozessor arbeitet, revolutioniert. So wird eine deutliche Leistungssteigerung ohne Änderung der Produktions-Technologie erreicht.

In Kraftfahrzeugen etwa kann die MyVP-Technologie dafür eingesetzt werden, dass Prozessoren effektiver arbeiten, um Antriebsleistung, Schadstoffausstoß und Benzinverbrauch zu optimieren. Andererseits können die Kosten für Sicherheits- und Komfortfunktionen gesenkt und so für viele Fahrzeugmodelle der Mittelklasse zur Verfügung gestellt werden. Bei Mobiltelefonen können preiswertere Geräte mit längeren Betriebs- und Standby-Zeiten entwickelt werden, die zudem noch interaktive Multimedia- und Internetzugriffs-Funktionen der kommenden Netzwerk-Generation unterstützen. Mit der neuen Technologie können Entwickler aber auch innovative, ständig aktive Netzwerkelemente oder leistungsfähige tragbare Geräte der Unterhaltungselektronik realisieren.

„Embedded-Technologien finden sich heute nahezu in jedem elektronischen Produkt unseres täglichen Lebens. Verbesserungen bei den Prozessoren und DSP-Chips haben daher einen direkten Einfluss auf unseren Lebensstil“, sagte Dr. Sönke Mehrgardt, CTO von Infineon Technologies. „Die MyVP-Technologie stellt eine grundlegende Innovation für Infineon und unsere Kunden dar, um völlig neue Embedded-Produkte zu kreieren, die unser Leben in der Arbeit und im Freizeitbereich verändern werden.“

Die MyVP-Technologie basiert auf Innovationen, die den Einsatz von Multi-Threading – einer für hochleistungsfähige Computersysteme entwickelten Technologie – auch in Embedded- und Signalverarbeitungs-Prozessoren möglich macht, wobei die Echtzeit-Verarbeitung von Embedded-Systemen erhalten oder sogar noch verbessert wird. Infineon will die MyVP-Technologie erstmals in einem neuen 32-bit-Mikrocontroller implementieren, der Mitte 2003 eingeführt werden soll. Infineon will die MyVP-Technologie auch an andere Chip-Hersteller lizenzieren und so die breite Nutzung des Verfahrens ermöglichen.

Lösung für das Speicher-Dilemma

„Ständig höhere Taktraten oder Megahertz-Angaben sind eine Ausprägung des Gesetzes von Moore und haben sich als gängiger Performance-Maßstab etabliert. Aber ein Prozessorsystem ist letztendlich nicht schneller als der Speicher, aus dem es seine Befehle bezieht. „Die Erhöhung der Prozessorgeschwindigkeit allein bringt wenig, wenn der schnelle Prozessor-Chip einen Programmspeicher nutzen muss, der nur etwa ein Zehntel der Geschwindigkeit schafft“, sagte Robert Ober, Direktor für Mikroprozessor-Architektur bei Infineon Technologies. „MyVP bietet hier eine Lösung für ein Problem, das immer größer wird und zugleich eine Alternative für teure, komplexe Speicher-Subsysteme – einfach gesagt, mehr Leistung für weniger Geld.“

In kostensensitiven Embedded-Systemen kann mit MyVP eine Leistungssteigerung bis zum Faktor 10 erreicht werden, wenn man etwa davon ausgeht, dass ein 400-MHz-Prozessor mit einem preiswerten externen 40-MHz-Flashspeicher eingesetzt werden soll. In herkömmlichen Systemen würde der Prozessor hier 90 Prozent seiner Zeit durch Wartezyklen, bedingt durch den deutlich langsameren Speicher, verschwenden. Mit der MyVP-Technologie arbeitet der Embedded-Prozessor wie mehrere separate „virtuelle“ Prozessoren. Wenn dann einer dieser Prozessoren warten muss, kann ein anderer „virtueller“ Prozessor die weitere Abarbeitung seiner Aufgaben übernehmen, wodurch die eigentliche Rechenleistung des Prozessors zu 100 Prozent genutzt wird. In typischen Embedded-Systemen müssen Entwickler oft einen Kompromiss zwischen teuren, schnellen Speicher-Chips oder langsameren, aber dafür preiswerteren Speichern eingehen. Dann werden für zeitkritische Aufgaben Befehle in schnellen Speicherchips gespeichert, während für andere Aufgaben bzw. Befehle separate, preiswerte, aber langsamere Speicher genutzt werden. Dieses Speicherproblem ist zwar allen Computersystemen gemein, aber bei Embedded-Systemen wie z.B. in der Consumer-Elektronik besonders wichtig, wo bereits geringste Kostenunterschiede über den Erfolg eines Produktes entscheiden können. Um Kosten zu sparen, wollen Entwickler den Anteil der schnellen Speicher ohne Performance-Einschränkung reduzieren. Mit MyVP können die Speicherkosten gesenkt werden, während gleichzeitig die Leistungsfähigkeit sogar noch gesteigert wird. MyVP unterstützt auch die sogenannte „deterministische Technik“, die den Anforderungen in vielen Embedded-Anwendungen entspricht, wonach bestimmte Aufgaben vorhersehbar in nur wenigen Nanosekunden ausgeführt werden.

Effizienter arbeiten

Wird die Effizienz auf Chip-Design-Ebene verbessert, entstehen leistungsfähigere Systeme bei geringerer Geschwindigkeit und niedrigerer Leistungsaufnahme, während gleichzeitig bei High-end-Systemen die Leistung dramatisch erhöht wird.

Verzögerungen beim Speicherzugriff können beispielsweise die Effizienz eines Basisband-Prozessors in einem Mobiltelefon um den Faktor 3 reduzieren: ein für 150 MHz ausgelegter Prozessor arbeitet praktisch nur mit 50 MHz. Mit der MyVP-Technologie kann das entsprechende Mobiltelefon mit einem Prozessor entwickelt werden, der die gleiche Leistung mit der deutlich geringeren Taktfrequenz erreicht. Dadurch kann wiederum die Batterielebensdauer erhöht oder die Batteriegröße reduziert werden, ohne weitere Änderungen im Design vorzunehmen. Andererseits könnten zusätzliche Multimedia-Funktionen wie digitales Audio oder Video preiswert implementiert werden, indem ein schnellerer Chip unter Ausnutzung der MyVP-Technologie eingesetzt wird.

Die Verbesserung der Effizienz und die Verringerung der Speicherkosten eröffnet für Emdedded-Prozessor-Systeme völlig neue Anwendungen. Beispielsweise sind die Aktivitäten von Infineon im Bereich der Wearable Electronics ein Feld, wo die MyVP-Technologie erweiterte Möglichkeiten bei geringeren Kosten für neue Produkte verspricht. GPS und andere Navigationstechnologien können so z.B. in die Kleidung integriert werden, während genaue, preiswerte medizinische Sensoren mit drahtlosen Datenverbindungen die Gesundheitsvorsorge und Pflege erleichtern können.

„MyVP ist ein Beispiel dafür, wie technologische Innovationen von Infineon die Entwicklung von neuen Produkten in den von uns bedienten Märkten vorantreiben und dabei gleichzeitig neue Bereiche erschließen, wo digitale Technologien das Leben wesentlich erleichtern können“, ergänzte Dr. Mehrgardt. „Wenn man bedenkt, dass diese neue Technologie nur einen winzigen Teil des Mikrochips beansprucht, dann zeigt dies eindrucksvoll, wie durch ein intelligentes Design die Vorteile der Computer-Technologie für viele Lebensbereiche genutzt werden kann.“

Über Infineon

Infineon Technologies AG, München, bietet Halbleiter- und Systemlösungen für Anwendungen in der drahtgebundenen und mobilen Kommunikation, für Sicherheitssysteme und Chipkarten, für die Automobil- und Industrieelektronik, sowie Speicherbauelemente. Infineon ist weltweit tätig und steuert seine Aktivitäten in den USA aus San Jose, Kalifornien, im asiatisch-pazifischen Raum aus Singapur und in Japan aus Tokio. Mit weltweit rund 33.800 Mitarbeitern erzielte Infineon im Geschäftsjahr 2001 (Ende September) einen Umsatz von 5,67 Milliarden Euro. Das DAX-Unternehmen ist in Frankfurt und New York (NYSE) unter dem Symbol „IFX“ notiert.