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伊利諾伊大學電氣和計算機工程專業副教授拉凱什?庫馬爾（Rakesh Kumar）表示：“當前的處理器設計已超出絕大多數應用程序的需求。”一個人盡皆知的必然事實是：為了具備編程能力和靈活性，處理器上的組件將持續增加，但很少有應用程序會使用它們。對于驅動全新嵌入式計算機平臺（例如可穿戴設備和物聯網傳感器）的超低功率微控制器而言，更是如此。該類設備通常只運行一個簡單應用程序，沒有其他運行內容（甚至沒有操作系統），這就意味著該類設備所用芯片的絕大部分線路將不會處理任何數據信息。

庫馬爾、明尼蘇達大學助理教授約翰?薩托瑞（John Sartori，曾是庫馬爾的學生）以及他們的學生們打算對這部分被浪費的資源加以利用。他們的解決方案從通用微控制器的設計入手。他們想出了一個方法，能夠快速確定哪些邏輯門從未參與到需要運行的應用程序中，然后，他們將多余的邏輯門一一去除。去除之后的成果就是庫馬爾所稱的“定制處理器”。相對于原微控制器來說，定制處理器體積更小、復雜度更低，僅執行應用程序所需的功能。6月份，庫馬爾和薩托瑞在于多倫多舉行的第44屆國際計算機體系結構大會中，對定制處理器項目進行了詳細介紹。

庫馬爾表示：“我們的方法是找出應用程序一定不會使用的所有硬件，而不管輸入內容是什么。”最后剩下的就是“數據可以使用的所有可能路徑的并集或超集。然后，我們將未使用的硬件予以去除。”

他們從openMSP430微控制器開始著手，打造旨在運行傅里葉變換、自相關聯和內插濾波等應用的定制設計。相對于原設計，新設計的邏輯門數量減少了一半以上。事實上，他們研究的15款通用微控制器應用程序，所需的邏輯門數量比例均未超過60%。平均來看，改造后的芯片體積減少了62%，功耗降低了50%。通過縮短信號的傳輸距離，有效節省時間，他們使平均功耗進一步降低，降幅達到65%。

在分析openMSP430微控制器中運行的兩大應用程序——intFilt和Scrambled intFilt所利用的邏輯門范圍時，灰點是兩個應用程序均未使用的邏輯門，而紅點則是Scrambled intFilt未使用的邏輯門。

薩托瑞表示：“實際情況確實出人意料。絕大部分的人都會認為在這樣簡單的小型處理器中，所有部件應該始終處于工作狀態；但對于給定的某個應用程序而言，即便完全移除多個邏輯門，應用程序仍然可以完美運行。”

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如果你想運行兩個或多個應用程序，該方法仍然適用；該方法甚至能夠同時處理一個操作系統和一個應用程序。他們對實時操作系統FreeRTOS進行了測試，在它單獨運行時，測試發現共有57%的邏輯門未接收任何數據。如果將FreeRTOS和上述15個應用程序中的任何一個一起運行，那么就剩下不足27%的邏輯門未使用，但庫馬爾指出，這些應用程序通常是“裸機”運行，無需任何操作系統。

那么為什么不考慮使用特定用途集成電路（ASIC）呢？答案是：成本。庫馬爾表示，嵌入式微控制器主要用于低體量、低利潤領域，如果進行ASIC所需的全面設計和測試工作，將產生高昂的成本。從標準的微控制器設計入手，整個流程將更簡潔，成本將更低。

庫馬爾說，這就像一只“黑匣子，輸入應用程序，然后就可獲得處理器設計”。

但來自市場研究公司HIS的首席嵌入式處理器分析師湯姆?哈肯伯格（Tom Hackenberg）認為，事實可能不會這么簡單。在制造全新特定用途芯片的過程中，仍將產生測試、驗證和其他成本。如果技術無法充分降低設計流程成本，則廉價微控制器（平均價格約為1美元，但最低可至25美分）仍為最優解決方案。

哈肯伯格表示，如果上述概念“可以實現他們聲稱能夠實現的目的，那么設計一個適用于特定應用程序的處理器可能是一個更簡單的過程”。

位于英國劍橋的ARM公司的研究工程師們希望事實能夠如此簡單。他們正在著力實施一項名為“塑料ARM”的項目，旨在使用印刷電子技術制造成本為1美分的一次性塑料微控制器。項目主管詹姆斯?邁爾斯（James Myers）表示，他們初次制成的成品面積達7.5平方厘米。經過一整年的辛苦設計工作，才實現了1平方厘米以下的設計目標，并按照應用程序的要求對微控制器進行了個性化調整。今年夏天，在薩托瑞的一名學生的幫助下，該團隊計劃使用定制處理器技術，看看能否在節省工作付出的情況下，獲得同樣或更優的成果。

他表示：“借助印刷電子技術，設計芯片的門檻應該會比硅片低，也會存在更多針對特定應用設計的機會，但如果設計成本仍維持在原水平，則該類設計工作很難實現突破。我想要的是降低這類工作的設計和制造成本。如果可以自動生成一個定制版處理器……那么將大有裨益。”

作者：SamuelK. Moore