Cortex-Kern: ARMs kleiner M7 ist superskalar

Für das Internet der Dinge hat ARM einen neuen CPU-Kern namens Cortex-M7 entwickelt. Um die Rechenleistung bei gleichbleibendem Energiebedarf deutlich zu steigern, besitzt er eine superskalare Architektur mit einer mehrstufigen Pipeline.

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Blockdiagramm des Cortex-M7
Blockdiagramm des Cortex-M7 (Bild: ARM)

Nach M4 kommt M7 - ARM hat für seinen neuen 32-Bit-Kern gleich zwei Versionsnummern übersprungen. Wie bei den bisherigen Kernen dieser Serie basiert auch das neue Design auf der Architektur ARM-v7M. Sie wird in der Regel für Embedded-Systeme eingesetzt, früher nannte man solche Chips wegen ihrer einfachen Steuer- und Regelaufgaben auch schlicht Mikrocontroller.

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Solche Anwendungen sind auch weiterhin für den M7 vorgesehen, dazu kommt aber eine höhere Rechenleistung, die beispielsweise auch die Bildverabeitung für die zahlreichen Sensoren eines Fahrzeugs ermöglichen soll. Die Leistung für DSP-Verarbeitungen hat ARM eigenen Angaben nach sogar verdoppelt.

Dafür besitzt der M7 nun eine superskalare Architektur: Zwei Befehle können bei jedem Takt parallel ausgeführt werden, beim M4 ist es nur eine Instruktion. Hierfür benötigt das neue Design eine Pipeline mit sechs Stufen, ob darin auch Befehle umsortiert werden können (out-of-order), hat ARM noch nicht erklärt.

Da kleine Embedded-SoCs massenhaft und sehr billig hergestellt werden müssen, gibt ARM für die Taktraten nur Werte für einen älteren Fertigungsprozess an: 400 MHz sollen es bei 40-Nanometer-Herstellung sein. Mit kleineren Strukturbreiten sind auch höhere Takte zu erwarten. Eine neue GPU gibt es für den M7 nicht, da sie bei seinen Anwendungen in der Regel nicht benötigt wird. Ein Sensor- oder Regelsystem auf Basis des M7 gibt dann seine Daten an einen übergeordneten Rechner wieder, der bei Bedarf die Ausgabe erledigt.

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In ARMs Baukastensystem sind auch andere Bestandteile eines SoCs auf Basis der M7-Kerne optional, dazu gehören verschiedene Bussysteme und die Caches. Sie können ganz weggelassen werden oder für Befehle und Daten je 64 KByte groß sein. Erste Unternehmen, die den M7 in ihren SoCs verwenden sollen, sind Atmel, Freescale und STMicro. Wann entsprechende Geräte auf den Markt kommen sollen, gaben bisher weder ARM noch seine Partner an.

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