SiS HyperStreaming技术全面解析

整机外设

　　随着互联网络的普及，怎样加快数字影音数据处理与提高网络直播速度等都是人们目前迫切需要解决的问题，计算机使用者越来越重视计算机系统的多任务处理能力。SiS(矽统科技)给我们提供了一个全面性的性能提升方案──“HyperStreaming Engine”(以下简称HSE)，此项新技术通过对CPU、前端总线、南北桥芯片、内存控制、图形接口及各I/O周边设备等做完整有效的硬件管理、资源分配，让个人计算机的整体性能及功能得以提升。

　　HSE架构的原理

　　“HSE”不仅着重提升南北桥芯片间的连接带宽，更将概念有效地延伸到接口设备端。“HSE”架构所提供的四大功能，可分辨出实时性的特定对象，分配给它专用的数据流通管道，让彼此之间可以同时存在，且数据传输不受干扰。这样，从CPU到南北桥芯片，或是南北桥芯片与接口设备的连接上，都能够以最佳、最合理的平行化架构提供优异的处理性能，它能妥善地利用CPU与外围设备，也可提升CPU与芯片组之间的传输速率。当然，整个计算机系统的性能也将得到提升。

　　HSE架构的四大功能

　　“HSE”主要可区分为四大部分

　　单一串行数据流延迟最小化──快速数据处理反应，有效降低信号延迟。

　　多重串行数据管线化及并行化──增加数据传输信道，实际提升系统性能。

　　特定串行数据流提升优先权──影像音乐专属信道，确保数据播放流畅。

　　智能型串行数据流控制──最佳数据读写排列，减少读写转换时间。

　　1.单一串行数据流延迟最小化(Single Stream with Low Latency)技术

　　在传统的PC架构下，系统经常因为CPU与I/O周边设备数据存取时产生大量延迟而造成瓶颈，导致性能降低。通过“单一串行数据流延迟最小化技术”提供的优势，可有效地减少数据传递时的延迟，让系统内串行数据流的反应时间更快，大幅降低数据的处理时间。

　　例如：我们知道内存模组由主板北桥芯片中集成的内存控制器来控制，内存控制器通过前端总线与CPU通讯。因此，CPU对内存进行读写操作的过程必须通过“CPU→内存控制器→内存模组”这个特殊的链路来完成(图1)。

　　从表1中我们可以看出理想状态下，也就是北桥无其他指令进行处理时，CPU从发出指令到获得数据所需要的时钟周期，而如果北桥在CPU发出指令时还有其他指令或者数据进行传输的话，那这个时钟周期还要再延长。CPU从发出指令之后一直处在等待状态，所以说要想提高系统性能就要缩短数据延迟时间。方法有两个，一是缩短内存模组总延迟时间，二是使CPU发出的指令迅速通过内存控制器发送给内存模组。如果要实现前者，则我们要花费更多的资金来购买高品质低延迟的内存条，这样做显然不是很实际。而SiS的“HSE”架构则完全能够实现第二种解决方法，它能够大幅度缩短数据传送的延迟时间，这样系统性能自然得到大幅度提升。

　　实际性能提升测试：

　　使用SiS 支持HyperStreaming技术的芯片组主板产品经过反复测试，硬盘直接进行内存读写(DMA)时，系统可以减少约5%的延迟，而以一般单独读写方式进行，可降低约43%的时间延迟。对于强调系统响应时间的用户，或大量利用硬盘读写的绘图程序等，都将直接从中受益。

　　2.多重串行数据管线化及并行化(Multiple Streams with Pipelining and Concurrent Execution)技术

　　在传统的PC架构下，数据必须依照顺序传送，无法针对较急迫的需求如实时性的影音或网络传输信号优先处理，“多重串行数据管线化及并行化技术”通过平行架构方式加大传输带宽且增加传输通道，同时同步处理其他不具连续性的数据流，保持传输顺畅，让各项外围设备彼此运作更有灵活性，实际提升系统的性能。

　　通过传统方式数据传输(图2)与HSE的多重串行数据管线化及并行化(图3)的对比，我们可以看到在传统的架构之下，所有的数据一起分享同一条PCI总线，无论数据是否具有即时性，都得以各种数据发生的时间先后，依次等候系统处理。

　　利用HyperStreaming技术可加大数据传输带宽达1.2GB/s以上，不但能有效分配可利用的带宽资源，并且能同时处理非序列性的数据，提升系统数据处理性能，让各项外围设备运作得更有效率以及更灵活。

　　当我们在做大量的数据复制与备份工作时，在具备HSE的平台上，能使数据处理速度大幅提升；随着数据文件增大，数据传输时间的缩短也将更加明显。

　　实际性能提升测试：

　　以两台硬盘同时执行1GB数据的复制时，最多可提升15%的性能；在复制4GB的数据时，更足足省掉了47秒的时间，提升性能达35%。

　　3.特定串行数据流提升优先权(Specific Stream with Prioritized Channel)技术

　　在传统的PC架构下，信号数据仅能通过有限的频宽与信道传输，常导致信号延迟与中断(图4)。HSE的特定串行数据流提升优先权技术可针对高度实时性的数据，如影音或网络传输等数据，给它适当的优先权，大幅提高电脑系统的性能以及效率(图5)。也就是说HSE的特定串行流技术能够区分从因特网直接播放的音乐与影像，并指定专属的频宽与信道以供使用，不需要等待原有频宽的释放即可顺利运作，确保影像与音乐文件播放的流畅度。将此技术运用在近来颇为盛行的网络电话(IP Phone)、在线数字广播、视讯会议时，可缓解影音不连贯的情形发生。像我们一般常用的网络浏览器协议HTTP及文件传送应用程序FTP，也能用特定数据串行流技术让这些数据拥有较高优先权，增快了数据回印辟度。

　　实际性能提升测试：

　　使用FTP传输数据时，流量可增加4%以上，而数据延迟则减少4.4%以下；若利用HTTP传输数据时，流量可增加至少3%，数据延迟则减少2.6%以下。

　　4.智能型串行数据流控制(Smart Stream Flow Control)技术

　　在传统的PC架构下，数据在内存中排列并不规则，因而增加数据读取时间(图6)。“智能型串行数据流控制技术”通过智能型仲裁机制管理(Smart Arbitrator)，根据数据不同的特性与来源的差异分类排列，然后进行最佳化的内存存取排列；通过有效的流量控制，提升处理器可直接利用的存取空间，降低数据读取时间，增加系统的数据处理/执行效率(图7)。

　　当使用者执行一项指令时，计算机系统中许多相关环节便开始启动并找出相对应的数据，以数据流形态一一传送，最后得出结果。在这些数据传送时，因为通过不同通讯协议、数据搜寻读写等操作，所以都需要耗费一定的时间。因此，在结构不完整或太复杂的串行流处理过程中，指令处理的速度会变得越来越慢，这就是造成使用者等待计算机响应的主要原因之一。

　　HSE的架构，解决了这个问题，智能型串行数据流控制技术是将使用频率较多的数据暂时存放在内存里，并将常用的数据放在最容易存取的位置，以增加存取的效率；并且还可以事先规划内存中的缓存空间，有效提升处理器存取数据的速度，达到整体性能攀升的结果，快速完成指令。让数据群组化，使系统数据处理如同在规划完整的大型图书馆中寻找特定的信息，大幅增加存取正确性，并减少读写转换时间。

　　矽统科技在HSE的基础上，即将推出新一代Advanced HyperStreaming EngineHSE(A.H.S.E.)技术，其中添加了先进串行数据流加速技术。SiS655TX将率先采用此项最新技术。

　　先进串行数据流加速(Advanced Stream Forwarding Acceleration) 技术

　　计算机系统内各装置之间都是通过各自独有的PHY(物理层)来处理并交换不同的信号。在传统PC架构下，当A装置的数据到其特有的PHY时，须等待频率同步，B装置的PHY才知道即将有数据传送并予以接收。相同地，当B装置回传数据，也需在PHY等待一个同步的频率来进行传输，如此一来一往便造成信号传送的等待以及系统处理的闲置(图8)。

　　矽统科技的Advanced HyperStreaming引擎内提供先进的串行数据流加速技术，可以将A与B两者的PHY整合辨识为一个虚拟的PHY，提供一条畅通的数据流，所以当A装置与B装置彼此互传数据时，便可直接转译传送，不再需要等待频率的同步(图9)。

　　如此一来，可以大幅缩短信号传递的路程与等待的时间，明显地提升计算机系统的性能与效率。

　　支持HSE的芯片组

　　目前，HyperStreaming作为一项主板芯片组中的创新技术，SiS已经开始在各款主板芯片组上采用，可以支持最新的Intel FSB800 Pentium4处理器以及AMD Athlon64和AthlonXP处理器，读者在选购SiS芯片组的主板时可以注意一下。

　　编注：为了帮助读者更好地理解本文讲述的HyperStreaming技术以及相关的主板知识，SiS公司特别制作了讲解HyperStreaming技术的Flash动画，形象、直观、生动！欢迎大家下载观看(http://www.cpcw.com/download/image/sis_hse.zip)。同时《电脑迷》杂志第9期附赠的光盘中也收录了该动画演示，方便不能上网的读者观看。