Auswirkungen der HW/SW-Partitionierung auf zukünftige Halbleiter-Produkte in Konsummärkten

Diplomarbeit von Christian Soballa

Einleitung:

Weite Teile der Industrie beschäftigen sich heutzutage mit der Produktion von Konsumprodukten. Im Bereich der Konsumprodukte kommt der Konsumelektronik eine bedeutende Rolle zu. Es wird davon ausgegangen, daß der größte Einfluß auf die weitere Technologieentwicklung im Halbleiter-Bereich in den späten 90ern und wohl auch noch im frühen 21. Jahrhundert vom Bereich der Konsumelektronik ausgehen wird.

Gang der Untersuchung:

Die Arbeit hat die zwei Themenschwerpunkte:

- Halbleiter-Produkte in Konsummärkten.

- 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 abzuleitenden Trends.

Das erste Teilziel der vorliegenden Arbeit ist eine Kategorisierung der Technologie, die bei der Realisierung von Konsumelektronik zum Einsatz kommt. Auf der Basis der dabei erzielten Ergebnisse erfolgt eine Trendanalyse bzgl. der Technologie-Entwicklung für die nahe Zukunft.

In einem zweiten Schritt wird exemplarisch der Entwurf eines Systems aus dem Bereich der Konsumelektronik bis zum Schritt der Partitionierung durchgeführt. Der Vergleich der verschiedenen ermittelten Partitionierungen untereinander soll die Auswirkungen eines optimierten HW/SW-Partitionierungsprozesses auf künftige Systemrealisierungen darstellen. Außerdem wird untersucht, in welcher Form sich künftige Entwicklungen - wie z.B. eine konkrete Performance-Steigerung der Hardware - auf ein Design auswirken können.

Inhaltsverzeichnis:

	Abbildungsverzeichnis	ix
	Tabellenverzeichnis	xi
1.	Einleitung	1
1.1	Themenschwerpunkte dieser Arbeit	1
1.1.1	Halbleiter-Produkte in Konsummärkten	1
1.1.2	HW/SW-Partitionierung	2
1.2	Gliederung	2
2.	Konsummärkte und ihre Produkte	5
2.1	Charakterisierung der Konsummärkte	5
2.2	Charakterisierung der Produkte in Konsummärkten	6
3.	Heterogene Systeme	9
3.1	Begriff	9
3.2	Problemstellung beim Entwurf	10
3.2.1	Software	10
3.2.2	Prozessorarten	12
3.2.2.1	Gegenüberstellung Mehrzweck- <-> eingebettete Prozessoren	12
3.2.2.2	Kategorisierung eingebetteter Prozessoren	13
3.2.3	Hardware	17
3.2.4	Gegenüberstellung Hardware <-> Software	18
4.	Software in Konsumelektronik	19
4.1	Einleitung	19
4.2	Markt- und Prozessor-Trends	19
4.2.1	Stellung der Prozessoren auf dem Halbleitermarkt	19
4.2.2	Trends speziell bei eingebetteten Prozessoren	20
4.3	Eingebettete Prozessoren in existierenden Produkten/Die Bedeutung von ASIPs	25
4.3.1	Die Bedeutung von ASIPs bei der NORTHERN TELECOM	26
4.3.2	ASIP-Einsatz in unterschiedlichen Applikationen verschiedener Hersteller	27
4.3.3	Problemlösungsansätze für den ASIP-basierten Entwurf	28
4.4	Zusammenfassung der Ergebnisse	29
5.	Hardware in Konsumelektronik	31
5.1	Einleitung	31
5.2	"THE NATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS"	33
5.2.1	Die Intention der "NATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS"	33
5.2.2	Annahmen der "NATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS"	33
5.3	Prognoseproblematik	35
5.4	"Overall Roadmap Technology Characteristics"	38
5.5	Charakteristika der bedeutenden Märkte	42
5.6	Chip und Package: Physikalische und elektronische Attribute	45
5.7	Attribute und Methoden der Fabrikation	50
5.8	Design- und Test-Maße	51
5.9	Zusammenfassung der Ergebnisse	54
5.10	Ergänzung	55
6.	Abschließende Betrachtung der Marktanalyse	59
7.	Grundlagen der Designstudie	61
7.1	HW/SW-Codesign	61
7.2	Das COdesign ToOL COOL	64
8.	Die Beispielapplikation	67
8.1	Anforderungen an die Applikation/Auswahl einer Applikation	67
8.2	MPEG-1 Audio, LayerII, Decoder-Charakteristika der Applikation	68
8.2.1	Einordnung von MPEG-1 in die MPEG-Familie	68
8.2.2	Einordnung des LayerII in die MPEG-1 Audio Layer-Familie	70
8.2.3	MPEG-1 Audio, LayerII: Decoder ó Encoder	73
9.	Realisierung der Applikation	77
9.1	Spezifikation	77
9.1.1	Zieltechnologien / Design Constraints	79
9.1.2	Granularität	81
9.1.3	Datentypen / Zahlendarstellungen	84
9.1.4	Transformationen	85
9.1.5	Optimierungen	86
9.1.6	Simulation / Validierung der Funktionalität	89
9.2	Abschätzung	89
9.2.1	Software-Abschätzung	89
9.2.1.1	Vorbereitende Maßnahmen	89
9.2.1.2	Ergebnisse der SW-Abschätzung	90
9.2.2	Hardware-Abschätzung	93
9.2.2.1	Vorbereitende Maßnahmen	93
9.2.2.2	Ergebnisse der HW-Abschätzung	95
9.2.3	Ergebnisse der Abschätzung	98
9.3	Technology Forecasting	100
9.4	Partitionierung	101
10.	Abschließende Betrachtung der Designstudie	105
10.1	Bewertung der Ergebnisse	105
10.1.1	Spezifikation und Abschätzung/Cosynthese	105
10.1.2	Partitionierung	107
10.2	Zusammenfassung und Ausblick	108
11.	Abzuleitende Trends	111
	Anhang A	113
	Anhang B	117
	Anhang C	119
	Abkürzungsverzeichnis	121
	Literaturverzeichnis	123
	Stichwortverzeichnis	127