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数字信号处理器重新采纳多核架构
为了提升性能同时降低功率要求,在处理器中增加内核已经成为计算和嵌入式处理器产业的标准作法。虽然同样的演变对各种高性能处理来说似乎是不可避免的,以往的经验使得数字信号处理器(DSP)供应商更愿意选择多核方式。DSP正在开始重新采纳多核架构,不过主要是针对那些处理任务可以得到妥善划分的就在今年特殊应用。
DSP应用通常只包含少量高度复杂的任务,系统性能的提升依赖于加快任务执行速度,而不是简单地运行更多的任务。与任务级划分不同,DSP系统通常要求在算法级划分任务。整个任务,比如压缩一个视频流,必须被分解成可以在单独内核上并行运行的多个步骤。任务调度器或操作系统无法完成这种划分,这种划分必须在软件设计过程完成。许多DSP应用开发人员正因为算法划分困难而回避多内核方法。也有一些任务(如加密)不支持并行运算。
这并不是说多核方法未尝试与DSP亲近过。PicoChip公司很早前推出的picoArray架构就整合了多个相同的内核来支持高性能DSP。然而在大多数情况下,采用DSP的多核设计中的内核不是同一类的。相反,它们采用一个DSP内核和一个RISC CPU内核。多年来这种异质DSP一直被用于蜂窝和通信行业中的多核处理器设计。这些处理器的目标应用可以被很好地划分为适合DSP的信号处理任务和适合RISC CPU的控制任务,从而使得划分相当简单。
一个例外是ADI的Blackfin BF561双核DSP。该器件使用的内核可以很好地执行两种任务,因此无需对任务组进行划分。相反,开发人员可能随意分配任务来平衡内核之间的负载。不过,大多数开发人员缺少划分软件的经验,而自动化工具支持也非常缺乏,因此同类多核DSP无法得到迅速普及。
BF561是较早进入这一领域的产品。 ADI公司Blackfin应用经理David Katz表示, 它是领先于时代的产品。我们需要给开发员一定的时间来学习划分技术。
Katz指出,ADI公司在BF561后就没有推出过同类多核DSP设计,虽然 多内核是我们发展策略中的重要组成部分 。
其它DSP供应商也将多核看作是DSP不可避免的发展趋势,这与它被计算应用广泛采纳的理由是相同的:以更低的功率提供更高的性能。再次出现同类多核DSP芯片设计的驱动因素,是一些系统要求的性能越来越高。在一些关键应用中,对性能的要求正在从更快地执行单一任务转变为执行更多的任务。这种变化将简化DSP的任务划分,使得它更像是其它嵌入式应用的任务划分,而DSP供应商也在抓住这个难得的机会积极开发产品。
随着对语音和VoIP需求的增长,媒体处理已经成为一种符合上述变化趋势的应用。例如,媒体关设计必须提供各种语音、音频和视频编解码功能,并处理多个独立的通道。这种应用结构很容易被划分成独立的任务,因而非常适合多核DSP设计。
Octasic公司的Vocallo就是中华配件满足这一应用领域要求的最新产品。
Vocallo有15个相同的DSP内核,因此设计师具有相当大的灵活性来创建并行和管线架构,从而在不同工程的通道容量和性能间取得最佳平衡。
另外一个最近推出的用于通信的多核DSP来自TI公司,型号是TNETV3020,主要用于高密度核心络。 我们目前正在做的工作是特殊应用多处理。 TI公司多14、拉伸空间(mm):600~1000核解决方案部经理Ray Simar表示, 在基础架构应用中,我们正在执行大量相同的任务,因此设计可以转向多个相同的处理器。
TNETV3020采用了6个D拉力范围在100牛顿的了就已足够SP内核、1个开关矩阵和多种串行I/O通道,允许设计师针对通道格式转换等任务对设计进行配置。
同样,音频处理也需要对多任务实现高性能处理,这些任务适合在多个内核间作简单的划分。飞思卡尔半导体公箱包织带司音频DSP产品经理Sujata Ne五金工具idig指出,高清、杜比和蓝光音频算法的发明对音频DSP的性能要求提高了5倍,而且复杂性、数据速率和通道数量也在不断增加。另外,Neidig表示,像自动音量控制等更多功能也在向音频处理集中。
图1:许多DSP应用开发人员由于算法划分困难而回避多核方法。
代码复用
飞思卡尔公司新款Symphony DSP56724和DS正式投入运行P56725 DSP采用了一种双核架构,允许开发人员分割处理任务,同时复用现有的代码。用于视频或混合音频与视频处理的多核DSP也已出现,例如Cradle Technologies公司的CT3616,Gennum公司的Voyageur以及Cirrus Logic公司的音频用多核DSP。
向多核DSP芯片设计发展的趋势,最终会将划分任务的工作从开发人员手中转移到芯片厂商。PicoChip公司最近推出的PC302就是一个很好的例证。该公司使用其通用的picoArray架构成功的在单个芯片上实现了完整的毫微微蜂窝接入点。PicoChip公司完成了所有的划分工作,并将内核系统软件下载进了片上存储器,因此开发人员只需增加自定义的功能。
这种特殊器件可能是多核DSP设计的近期目标,但长期来看多核方法还将包含通用的DSP设计。 展望未来,我们可以发现,针对DSP的多核技术不会只是小把戏, TI公司的Simar表示, 它将变得越来越普及。
随之而来的是,开发人员需要学会如何划分设计以便高效地使用同类多核DSP。 许多人希望编译器能完成分割任务。 Simar表示, 但这不是一蹴而就的事。为了用好这些器件,我们需要学会多角度的思考。
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