數(shù)字信號處理器重新采納多核架構(gòu)

DSP應(yīng)用通常只包含少量高度復(fù)雜的任務(wù)，系統(tǒng)性能的提升依賴于加快任務(wù)執(zhí)行速度，而不是簡單地運行更多的任務(wù)。與任務(wù)級劃分不同，DSP系統(tǒng)通常要求在算法級劃分任務(wù)。整個任務(wù)，比如壓縮一個視頻流，必須被分解成可以在單獨內(nèi)核上并行運行的多個步驟。任務(wù)調(diào)度器或操作系統(tǒng)無法完成這種劃分，這種劃分必須在軟件設(shè)計過程完成。許多DSP應(yīng)用開發(fā)人員正因為算法劃分困難而回避多內(nèi)核方法。也有一些任務(wù)(如加密)不支持并行運算。

這并不是說多核方法未嘗試與DSP親近過。PicoChip公司很早前推出的picoArray架構(gòu)就整合了多個相同的內(nèi)核來支持高性能DSP。然而在大多數(shù)情況下，采用DSP的多核設(shè)計中的內(nèi)核不是同一類的。相反，它們采用一個DSP內(nèi)核和一個RISC CPU內(nèi)核。多年來這種異質(zhì)DSP一直被用于蜂窩電話和通信行業(yè)中的多核處理器設(shè)計。這些處理器的目標(biāo)應(yīng)用可以被很好地劃分為適合DSP的信號處理任務(wù)和適合RISC CPU的控制任務(wù)，從而使得劃分相當(dāng)簡單。

一個例外是ADI的Blackfin BF561雙核DSP。該器件使用的內(nèi)核可以很好地執(zhí)行兩種任務(wù)，因此無需對任務(wù)組進行劃分。相反，開發(fā)人員可能隨意分配任務(wù)來平衡內(nèi)核之間的負(fù)載。不過，大多數(shù)開發(fā)人員缺少劃分軟件的經(jīng)驗，而自動化工具支持也非常缺乏，因此同類多核DSP無法得到迅速普及。

“BF561是較早進入這一領(lǐng)域的產(chǎn)品?！盇DI公司Blackfin應(yīng)用經(jīng)理David Katz表示，“它是領(lǐng)先于時代的產(chǎn)品。我們需要給開發(fā)員一定的時間來學(xué)習(xí)劃分技術(shù)。”

Katz指出，ADI公司在BF561后就沒有推出過同類多核DSP設(shè)計，雖然“多內(nèi)核是我們發(fā)展策略中的重要組成部分”。

其它DSP供應(yīng)商也將多核看作是DSP不可避免的發(fā)展趨勢，這與它被計算應(yīng)用廣泛采納的理由是相同的：以更低的功率提供更高的性能。再次出現(xiàn)同類多核DSP芯片設(shè)計的驅(qū)動因素，是一些系統(tǒng)要求的性能越來越高。在一些關(guān)鍵應(yīng)用中，對性能的要求正在從更快地執(zhí)行單一任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行更多的任務(wù)。這種變化將簡化DSP的任務(wù)劃分，使得它更像是其它嵌入式應(yīng)用的任務(wù)劃分，而DSP供應(yīng)商也在抓住這個難得的機會積極開發(fā)產(chǎn)品。

隨著對語音和VoIP需求的增長，媒體處理已經(jīng)成為一種符合上述變化趨勢的應(yīng)用。例如，媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)計必須提供各種語音、音頻和視頻編解碼功能，并處理多個獨立的通道。這種應(yīng)用結(jié)構(gòu)很容易被劃分成獨立的任務(wù)，因而非常適合多核DSP設(shè)計。

Octasic公司的Vocallo就是滿足這一應(yīng)用領(lǐng)域要求的最新產(chǎn)品。

Vocallo有15個相同的DSP內(nèi)核，因此設(shè)計師具有相當(dāng)大的靈活性來創(chuàng)建并行和管線架構(gòu)，從而在不同工程的通道容量和性能間取得最佳平衡。

另外一個最近推出的用于通信的多核DSP來自TI公司，型號是TNETV3020，主要用于高密度核心網(wǎng)絡(luò)。“我們目前正在做的工作是特殊應(yīng)用多處理。”TI公司多核解決方案部經(jīng)理Ray Simar表示，“在基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用中，我們正在執(zhí)行大量相同的任務(wù)，因此設(shè)計可以轉(zhuǎn)向多個相同的處理器?！?/FONT>

TNETV3020采用了6個DSP內(nèi)核、1個開關(guān)矩陣和多種串行I/O通道，允許設(shè)計師針對通道格式轉(zhuǎn)換等任務(wù)對設(shè)計進行配置。

同樣，音頻處理也需要對多任務(wù)實現(xiàn)高性能處理，這些任務(wù)適合在多個內(nèi)核間作簡單的劃分。飛思卡爾半導(dǎo)體公司音頻DSP產(chǎn)品經(jīng)理Sujata Neidig指出，高清、杜比和藍光音頻算法的發(fā)明對音頻DSP的性能要求提高了5倍，而且復(fù)雜性、數(shù)據(jù)速率和通道數(shù)量也在不斷增加。另外，Neidig表示，像自動音量控制等更多功能也在向音頻處理集中。

圖1：許多DSP應(yīng)用開發(fā)人員由于算法劃分困難而回避多核方法。