Die vorliegende Arbeit untersucht die „Auswirkungen der HW/SW-Partitionierung auf zukünftige Halbleiter-Produkte in Konsummärkten“. Die Arbeit hat demnach die zwei Themenschwerpunkte
• Halbleiter-Produkte in Konsummärkten sowie
• HW/SW-Partitionierung.
Beide Themenschwerpunkte werden zunächst isoliert untersucht. Abschließend werden die Ergebnisse beider Untersuchungen im Gesamtzusammenhang betrachtet. Das Ergebnis der vorliegenden Arbeit besteht aus der Verbindung der aus beiden Untersuchungen abzuleiten-den Trends.
Vor Beginn der eigentlichen Analyse sollen an dieser Stelle beide Themengebiete sowie die jeweiligen Ziele dieser Arbeit vorgestellt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Themenschwerpunkte dieser Arbeit
1.1.1 Halbleiter-Produkte in Konsummärkten
1.1.2 HW/SW-Partitionierung
1.2 Gliederung
2 Konsummärkte und ihre Produkte
2.1 Charakterisierung der Konsummärkte
2.2 Charakterisierung der Produkte in Konsummärkten
3 Heterogene Systeme
3.1 Begriff
3.2 Problemstellung beim Entwurf
3.2.1 Software
3.2.2 Prozessorarten
3.2.2.1 Gegenüberstellung Mehrzweck- eingebettete Prozessoren
3.2.2.2 Kategorisierung eingebetteter Prozessoren
3.2.3 Hardware
3.2.4 Gegenüberstellung Hardware Software
4 Software in Konsumelektronik
4.1 Einleitung
4.2 Markt- und Prozessor-Trends
4.2.1 Stellung der Prozessoren auf dem Halbleitermarkt
4.2.2 Trends speziell bei eingebetteten Prozessoren
4.3 Eingebettete Prozessoren in existierenden Produkten / Die Bedeutung von ASIPs
4.3.1 Die Bedeutung von ASIPs bei der NORTHERN TELECOM
4.3.2 ASIP-Einsatz in unterschiedlichen Applikationen verschiedener Hersteller
4.3.3 Problemlösungsansätze für den ASIP-basierten Entwurf
4.4 Zusammenfassung der Ergebnisse
5 Hardware in Konsumelektronik
5.1 Einleitung
5.2 „THE NATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS“
5.2.1 Die Intention der „NATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS“
5.2.2 Annahmen der „NATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS“
5.3 Prognoseproblematik
5.4 „Overall Roadmap Technology Characteristics“
5.5 Charakteristika der bedeutenden Märkte
5.6 Chip und Package: Physikalische und elektronische Attribute
5.7 Attribute und Methoden der Fabrikation
5.8 Design- und Test-Maße
5.9 Zusammenfassung der Ergebnisse
5.10 Ergänzung
6 Abschließende Betrachtung der Marktanalyse
7 Grundlagen der Designstudie
7.1 HW/SW-Codesign
7.2 Das COdesign ToOL COOL
8 Die Beispielapplikation
8.1 Anforderungen an die Applikation / Auswahl einer Applikation
8.2 MPEG-1 Audio, LayerII, Decoder - Charakteristika der Applikation
8.2.1 Einordnung von MPEG-1 in die MPEG-Familie
8.2.2 Einordnung des LayerII in die MPEG-1 Audio Layer-Familie
8.2.3 MPEG-1 Audio, LayerII: Decoder Encoder
9 Realisierung der Applikation
9.1 Spezifikation
9.1.1 Zieltechnologien / Design Constraints
9.1.2 Granularität
9.1.3 Datentypen / Zahlendarstellungen
9.1.4 Transformationen
9.1.5 Optimierungen
9.1.6 Simulation / Validierung der Funktionalität
9.2 Abschätzung
9.2.1 Software-Abschätzung
9.2.1.1 Vorbereitende Maßnahmen
9.2.1.2 Ergebnisse der SW-Abschätzung
9.2.2 Hardware-Abschätzung
9.2.2.1 Vorbereitende Maßnahmen
9.2.2.2 Ergebnisse der HW-Abschätzung
9.2.3 Ergebnisse der Abschätzung
9.3 Technology Forecasting
9.4 Partitionierung
10 Abschließende Betrachtung der Designstudie
10.1 Bewertung der Ergebnisse
10.1.1 Spezifikation und Abschätzung/Cosynthese
10.1.2 Partitionierung
10.2 Zusammenfassung und Ausblick
11 Abzuleitende Trends
Zielsetzung & Themen
Diese Diplomarbeit befasst sich mit den Auswirkungen der Hardware-/Software-Partitionierung auf zukünftige Halbleiter-Produkte im Bereich der Konsumelektronik. Ziel ist es, durch die Untersuchung von Markttrends und einer technischen Designstudie die optimale Verteilung von Systemfunktionalität auf Hard- und Software zu analysieren, um Entwicklungszeit (time-to-market) und Produktionskosten zu minimieren.
- Marktanalyse und technologische Trends im Bereich Konsumelektronik
- Untersuchung und Kategorisierung eingebetteter Prozessoren und ASIPs
- Anwendung und Evaluation der Codesign-Tools COOL und OSCAR
- Methodik des HW/SW-Codesigns am Beispiel eines MPEG-1 Audio Decoders
- Bewertung von Design-Methoden zur Performance-Steigerung
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Software
Vorteile:
• schnelle Verfügbarkeit: Prozessoren sind Standardkomponenten. Sie stehen somit sofort zur Verfügung, wodurch eine lange Entwicklungszeit entfällt. Die „time-to-market“ wird durch den Einsatz von Prozessoren heruntergesetzt. Gemäß [9] werden Prozessoren sehr oft genau aus diesem Grund eingesetzt. In diesem Zusammenhang darf allerdings nicht verschwiegen werden, daß die auf dem Halbleitermarkt erhältlichen Standard-Prozessoren in den seltensten Fällen genau die Anforderungen erfüllen, die beim Einsatz im jeweiligen Produkt verlangt werden. Es wird oft der Fall sein, daß Standard-Prozessoren nicht optimal auf die spezielle Anwendung zugeschnitten sind und, entweder Funktionalität zur Verfügung stellen, die von der Applikation nicht genutzt wird, oder z.B. den harten Anforderungen bzgl. der Ausführungszeit nicht gerecht werden. In beiden Fällen bietet sich bei in großen Mengen produzierten Produkten für Unternehmen die Eigenentwicklung eines ASIPs an.
• Fehlerfreiheit von Standard-Prozessoren: Hervorgehoben sei hier, daß Standard-Prozessoren in ihrer Funktionsweise als fehlerfrei angesehen werden können. Die Verkürzung der Entwicklungszeit beim Einsatz von Prozessoren resultiert zu einem großen Teil daraus, daß langwierige Testverfahren entfallen. Da auch diese Testverfahren immer nur in begrenztem Maße Fehler aufdecken und immer wieder Fehler erst beim Einsatz von Prozessoren entdeckt werden, ist die Verwendung von Prozessoren, die schon länger auf dem Markt sind, auch sicherheitstechnisch sinnvoll.
• Wiederverwendbarkeit: Prozessoren bieten den Vorteil einer relativ unproblematischen Wiederverwendbarkeit. Es ist also bei der Entwicklung einer neuen Applikation wesentlich einfacher, ein bereits existierendes Programm zu adaptieren, als ein Redesign von festverdrahteter Logik durchzuführen. Auch an dieser Stelle bietet sich Software demnach im Sinne einer kurzen „time-to-market“ an.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung definiert die Arbeitsschwerpunkte Halbleiter-Produkte in Konsummärkten sowie HW/SW-Partitionierung und umreißt die Struktur der Untersuchung.
2 Konsummärkte und ihre Produkte: Dieses Kapitel charakterisiert die Konsummärkte durch Kriterien wie time-to-market und hohen Produktionsvolumina und definiert den Begriff des eingebetteten Systems.
3 Heterogene Systeme: Es wird die technische Realisierung von Konsumelektronik unter Berücksichtigung von Hardware- und Softwarekomponenten (ASICs vs. Prozessoren) sowie deren Abgrenzung diskutiert.
4 Software in Konsumelektronik: Der Fokus liegt hier auf der Marktstellung verschiedener Prozessorklassen und der zentralen Bedeutung von ASIPs als Zwischenstufe bei der Realisierung von Konsumprodukten.
5 Hardware in Konsumelektronik: Dieses Kapitel nutzt die "National Technology Roadmap for Semiconductors", um technologische Entwicklungen bis 2010 zu analysieren und deren Auswirkungen auf Designentscheidungen zu bewerten.
6 Abschließende Betrachtung der Marktanalyse: Die Ergebnisse aus den Analysen der Hardware- und Softwareseite werden zusammengeführt und die Notwendigkeit einer koexistierenden Nutzung beider Ansätze betont.
7 Grundlagen der Designstudie: Hier wird das HW/SW-Codesign als systematischer Entwurfsprozess eingeführt und das Tool COOL hinsichtlich seiner Funktionen zur Spezifikation und Partitionierung vorgestellt.
8 Die Beispielapplikation: Nach der Festlegung der Anforderungen an eine Testapplikation wird der MPEG-1 Audio, LayerII Decoder als Modell ausgewählt und in seiner Funktionsweise beschrieben.
9 Realisierung der Applikation: Dieses Kapitel dokumentiert den praktischen Entwurfsprozess, von der Spezifikation der Granularität über die datentechnische Optimierung bis hin zur Hardware- und Software-Abschätzung.
10 Abschließende Betrachtung der Designstudie: Die in der Designstudie erzielten Ergebnisse werden kritisch bewertet, wobei insbesondere die Genauigkeit der automatisierten Design-Generierung analysiert wird.
11 Abzuleitende Trends: Abschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse verknüpft, um generelle Trends für die zukünftige Entwicklung eingebetteter Systeme in der Konsumelektronik abzuleiten.
Schlüsselwörter
HW/SW-Partitionierung, Konsumelektronik, ASIP, Hardware-Codesign, eingebettete Systeme, Halbleiter, Performance, Zeit-zu-Markt, MPEG-Decoder, Systementwurf, Chip-Design, Technologie-Roadmap, Mikrocontroller, Digitale Signalprozessoren, VLSI
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit untersucht die Auswirkungen und das Potenzial der Hardware-/Software-Partitionierung bei der Entwicklung zukünftiger Halbleiter-Produkte für den Konsumgütermarkt.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Felder sind die Analyse von Konsummärkten, die Kategorisierung von eingebetteten Prozessoren (insbesondere ASIPs) und die Evaluation von HW/SW-Codesign-Methoden anhand einer Beispielapplikation.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Identifikation von Entwurfsstrategien, die eine optimale Aufteilung von Funktionen auf Hardware und Software ermöglichen, um Entwicklungszeit und Kosten bei der Realisierung komplexer elektronischer Produkte zu reduzieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit kombiniert eine Literatur- und Marktanalyse (u.a. basierend auf der SIA-Roadmap) mit einer praktischen Designstudie eines MPEG-Decoders unter Einsatz von Codesign-Tools.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine Markt- und Technologieanalyse von Hard- und Softwarekomponenten sowie eine detaillierte Fallstudie, die den Entwurfsfluss von der Spezifikation bis zur Partitionierung beschreibt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Typische Begriffe sind HW/SW-Partitionierung, ASIP, eingebettete Systeme, Chip-Design und Performance-Optimierung.
Welche Rolle spielen ASIPs in der Arbeit?
ASIPs (Application Specific Instruction-Set Processors) werden als spezialisierte Klasse von Prozessoren identifiziert, die einen entscheidenden Mittelweg zwischen Standard-Prozessoren und starrer Hardware (ASICs) darstellen, um Produktionskosten bei gleichzeitiger Performance-Optimierung zu senken.
Warum wurde ein MPEG-Audio-Decoder als Beispielapplikation gewählt?
Der Decoder wurde gewählt, da er hohe Echtzeitanforderungen stellt und damit eine typische, komplexe Herausforderung für das HW/SW-Codesign in der Konsumelektronik darstellt.
- Arbeit zitieren
- Christian Soballa (Autor:in), 1998, Auswirkungen der HW/SW-Partitionierung auf zukünftige Halbleiter-Produkte in Konsummärkten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185249
