錬金術（プロセッサ）

Alchemy は、もともと Alchemy Semiconductor が通信およびメディア デバイス向けに設計した超低消費電力組み込みマイクロプロセッサファミリです。Alchemy プロセッサは、CPU コア、メモリ コントローラ、およびさまざまな周辺機器を統合したSoCです。ファミリのすべてのメンバーは、 MIPS TechnologiesのMIPS32 命令セットを実装する Au1 CPU コアを使用します。

アルケミー・セミコンダクターは、テキサス州オースティンに拠点を置くファブレス 半導体企業である。1999年にケイデンス・デザイン・システムズのシード投資により設立され、32ビットMIPSアーキテクチャのライセンスを取得し、インターネットエッジデバイス市場向けに高性能で超低消費電力のSoCを設計、開発、販売した。周辺機器はサードパーティからライセンス供与された。設立チームには、 DECのオースティン研究設計センターでStrongARMプロジェクトに携わっていた元メンバーが含まれていたが、DECがマイクロプロセッサ事業をインテルに売却した後、解散した。2000年5月、アルケミー・セミコンダクターは独立した企業となった。^[1]

Alchemy Semiconductorは、2000年6月13日にカリフォルニア州サンノゼで開催されたEmbedded Processor Forumで、このファミリの最初のメンバーであるAu1000プロセッサを発表しました。 ^{[2] [3]} 2001年2月に顧客限定でサンプル提供が開始され、同年第2四半期には量産が開始され、2001年と2002年にはAu1500とAu1100が続きました。

2002年2月、AMDはStrongARMラインの後継であるIntelのARMベースのXScaleプロセッサに対抗するため、Alchemyを買収しました。同社は、Au1550セキュリティネットワークプロセッサ、 PMPアプリケーションに最適化されたAu1200プロセッサ、およびAm1770トランシーバとAm1771統合ベースバンド/MACチップで構成されるAm1772ワイヤレスチップセットでファミリを拡大しました。2006年夏、AMDはAlchemy資産をRaza Microelectronics（後にRMI Corporationに改名）に売却しました。この会社は、Au1200をベースにピン互換のAu1210とAu1250を発表し、最終的に2009年にはグラフィックプロセッサを統合したAu1300シリーズを発表しました。 RMIは2009年後半にNetLogic Microsystemsと合併し、 ^[4] 2012年2月にBroadcom Corporationに買収されました。 ^[5] Broadcomは、長期供給義務の下ではありますが、少なくとも2017年まではAlchemyプロセッサの販売を継続しました。

Alchemy が設計した Au1 CPU コアは、MIPS32 ISA Release 1 を実装し、MIPS EJTAG インターフェイスをサポートします。浮動小数点ユニットは存在せず、FP 命令は例外を生成し、ソフトウェアでエミュレートできます。コード圧縮 (MIPS16) とオプションのスーパーバイザ モードも省略されました。仮想アドレス変換はTLBベースで、ハードウェア テーブル ウォーカーではなく高速例外ハンドラに依存します。コアは、ソフトウェアによる優先順位付けで 8 つの割り込みソースをサポートします。すべてのコア ユニットへのクロックが停止される 2 つの低電力モードがあり、1 つのモードではデータ キャッシュが免除され、システムの他の部分とのキャッシュの一貫性が維持されます。

Au1 は、いくつかの最適化によって強化された、古典的な 5 ステージ RISC パイプラインを備えたスカラーのインオーダー マイクロアーキテクチャです。16 KiB、4 ウェイ セット アソシエイティブ命令キャッシュ、16 KiB、4 ウェイ、ライトバック、読み取り割り当てデータ キャッシュ、レジスタ ファイル、書き込みバッファ、16/32 ビットの積和ユニット、および 1 ビット/サイクルのハードウェア除算器が含まれています。キャッシュは、ソフトウェアによるプリフェッチ、キャッシュ ラインのロック、およびストリーミング モードをサポートしています。データが利用可能な場合、すべてのパイプライン ステージは 1 サイクルで完了し、すべてのパイプラインのハザードと依存関係はハードウェア インターロックによって強制されます。いくつかの命令は複数のサイクルを必要とします。^{[3] [6] [7]}

Au1000 SoCのコア周波数は最大500MHzと定格されている。400MHzでは1.5Vで動作し、チップの消費電力は500mW以下で、Alchemy Semiconductorによれば900 Dhrystone-2.1 MIPS/ワット以上の性能がある。Au1000とAu1500プロセッサはTSMC 180nm LVロジック1.5V/3.3V 1P6Mプロセスで製造され、Au1100はTSMC 130nmプロセスでさらに消費電力を削減した。^{[6] [8]}後期モデルの製造詳細は明らかにされていない。

CPU コア、統合メモリ コントローラ、および周辺機器は、CPU コア周波数の最大半分で動作する内部 32 ビット システム バス (SBUS) によってリンクされています。低速の非バス マスター対応周辺機器は、補助周辺機器バスに接続されています。コアのデータ キャッシュは、他のバス マスター (DMA エンジンなど) との一貫性を保つために SBUS をスヌープします。Au12xx モデルは、メモリ コントローラからより多くの帯域幅を必要とする周辺機器用に 64 ビット サイド バス (RBUS) を統合しています。^[9] Au13xx モデルには、メモリ チャネルごとに 1 つの RBUS があります。^[10]

すべての Alchemy プロセッサには、DRAMコントローラ、スタティック バス コントローラ、メモリと周辺機器間のデータ転送用の 8 チャネル DMA コントローラ、割り込みコントローラ、タイマー、および電源管理ユニットが統合されています。スタティック バス コントローラは、SRAM、ROM、NAND/NOR フラッシュ(Au1550)、ページ モード フラッシュ/ROM、PCMCIA / CompactFlashデバイス、および外部 LCD コントローラ、最大 ≈80 Mbit/s のIDE PIO モード (Au12xx)、または ATA-6/UDMA モード 5 (Au13xx) などの I/O 周辺機器をサポートしています。Au1550 以降のプロセッサには、より柔軟な 16 チャネル ディスクリプタ ベースの DMA コントローラがあります。Au1550 には、エントロピー ベースの乱数ジェネレータを提供し、 DES、3DES、AES、およびRC4暗号化アルゴリズムと、MD5およびSHA-1ハッシュ アルゴリズムを高速化するSafeNetセキュリティ エンジンが統合されています。

Au1100 プロセッサには、16 ビットの色深度で最大 800 × 600 ピクセルのパネルをサポートする LCD コントローラが統合されています。Au12xx プロセッサの LCD コントローラは、最大 2K の解像度と最大 24 ビット/ピクセル、4 つのオーバーレイ ウィンドウ、アルファ ブレンディング、ガンマ補正をサポートします。カメラ インターフェイス モジュールは、最大 33 MHz で動作するITU-R BT.656互換の 8/9/10 ビット バスをピンアウトし、UYVY ( YUV 4:2:2 ) およびBayer RGBから平面形式への変換をサポートします。メディア アクセラレーション エンジンはビデオ デコードを高速化し、最大 720 × 576 の解像度でMPEG-1/2/4、DivX-3/4/5、H.263、WMV 9/VC-1の各形式をサポートします。 Au13xx プロセッサの MAE2 周辺機器は、H.264およびJPEG標準、ハードウェア ビット ストリーム デコード、および最大 720p の解像度のサポートを追加します。一部の Au13xx プロセッサで使用可能なグラフィックス処理エンジンはARM Mali-200であり、 OpenVG 1.1 およびOpenGL ES 1.1 および 2.0 と互換性のある 2D および 3D グラフィックスを高速化します。

ファミリの各メンバーは、異なるコア周波数、したがって電力定格、商用および産業用温度範囲で提供され、鉛フリーまたは (以前のモデル) 標準パッケージで提供されました。すべてのモデルで、低プロファイルのファイン ピッチ プラスチック ボール グリッド アレイ (LF-PBGA) パッケージが使用され、ボール数は 324 (Au1000) から 537 (Au13xx)、ピッチは 0.65 mm から 1.0 mm、パッケージ サイズは 17 mm × 17 mm × 1.7 mm から 23 mm × 23 mm × 1.5 mm でした。

Alchemy プロセッサは、ワイヤレスゲートウェイおよびアクセス ポイント、VoIP、ナビゲーション、NASデバイス、STB、シン クライアント、ポータブルおよび車載用 TV およびメディア プレーヤー、デジタル フォト フレーム向けに販売されました。

例としては、シンクライアントのSun Ray 2ファミリー、いくつかのCowon PMPデバイス、Dell DRAC5 リモート管理カード、AirPort Extreme ベースステーション、 Sun Microsystemsのネットワーク用組み込み製品、4G Systems MTX-1 AccessCube MeshCube などがあります。

• Wayback Machineの Alchemy Semiconductor の Web サイト(2000-08-16 アーカイブ)
• Wayback Machineの AMD Alchemy™ ソリューション プロセッサ ファミリ(2006 年 2 月 3 日アーカイブ)
• Raza Microelectronics の Web サイト( Wayback Machineより) (2006 年 7 月 10 日アーカイブ)
• RMI Corp. の Web サイト(Wayback Machineより) (2008 年 2 月 10 日アーカイブ)
• Wayback Machineの NetLogic ウェブサイトの Alchemy (2010-12-14 アーカイブ)
• Alchemy はlinux-mips.org のWayback Machineページに 2009-03-03 にアーカイブされています