Tüketici Elektronikinde DSP Processor Ailelerine Giriş

Dijital sinyal işlemcileri (DSP), DSP mimarisinin doğrudan ürün performansı, batarya hayatı ve üretim maliyetinin hesaplanması için uygun bir şekilde, daha düşük gecikmeli sinyal işleme görevleri için, güvenilir olmayan özelliklerden, mühendisler farklı DSP ailelerindeki maliyetle satışa mal olan satışlarını dikkatle değerlendirmelidir.Bu makale, sabit elektronik noktaları ve karma DSP'nin gerektirdiği gibi, yüksek çözünürlükteki performansları ve ölçümlemek için talep eder.

DSP Processor Ailelerini Anlamak

DSP işlemciler, tekrarlayan matematiksel operasyonlar için optimize edilmiş mikroişlemcilerdir - çok az yanlış - FFT, filtreleme - bu, sinyal işleme iş yükleri hakimdir. Ana DSP konsepti tutarlı olsa da, satıcılar sayısal temsil, öğretim seti tasarımı ve donanım hızlandırmada farklı birçok büyük aile geliştirdiler.

Sabit-Point DSPs

Sabit DSP'ler, sabit bir miktarla sabit sayı kullanılarak tam veya kesik sayılar üzerinde çalışır (örneğin, 16-bit, 24-bit veya 32-bit). Bunlar minimum güç tüketimi ile yüksek çözünürlüklü uygulama için tasarlanmıştır. çünkü sabit nokta donanım kapıları genellikle en uygun maliyetli seçenektir.

  • [FONT:0]Texas Instruments C5000 / C6000 sabit nokta serisi[[Dönetici: 1) yaygın olarak ses kodcular, dijital işitme yardımları ve giriş seviyesi akıllı hoparlörler.
  • [FONT:0)Analog Cihazları SHARC® ve SigmaDSP® sabit nokta ürünleri[DFLT:1).
  • [FONT:0)NXP DSP56300 ailesi [DFLT:1] - mirası dijital ses uygulamaları bulundu.

Sabit nokta DSPs dinamik aralık gereksinimlerinin orta ve maliyet birim başına ilk bir endişedir. Ancak, gelişim süresini artırmak için yazılımda dikkatli ölçeklendirme ve aşırı akış yönetimi talep ederler.

DSPs DSPs

DSP'ler bilimsel notasyonda sayıları temsil eder (mantissa + exponent), geniş ölçüde daha büyük dinamik bir aralık sağlar ve birçok ölçeklendirme baş ağrısını ortadan kaldırırlar. Yüksek çözünürlüklü algoritmaları tercih edilir - adaptif gürültü iptali, yüksek sipariş filtreleri ve sensör füzyon gibi - sayısal doğruluk kritiktir. Ortak aileler şunlardır:

  • [FONT:0)Texas Instruments C674x ve C66x yüzen temelleri[Dönetici: 1) – yüksek uçlu ses arayüzleri ve radar işlemelerinde kullanılır.
  • [FONT:0)Analog Cihazları ADSP-21xxx-facepoint serisi[[[Dönetici: 1) profesyonel müzik aletleri ve endüstriyel kontrolde popüler.
  • [FONT:0)XMOS çokcore xCORE işlemcileri) – gerçek zamanlı ses için yüzen I/O ile yüzen yetenekleri birleştirin.

Floatingpoint işlemcileri genellikle daha fazla silikon alanı ve güç tüketiyor, hem birim maliyet hem de enerji tüketimi yükseltiyor. avantajlarını karmaşık algoritmaları için yazılım geliştirme riski ve daha hızlı zaman pazarlama konusunda yatıyor.

Hibrit ve programlanabilir DSP Architectures

Birçok modern DSPs sabit nokta ve yüzüstü yetenekleri birleştirir veya ek hızlandırıcılar içerir (örneğin, FFT ko-işlemciler, VLIW (Very Long Instruction Word) boru hatları ve SIMD (Tek Öğretim Birden Veri) birimleri.

  • [FONT:0)Qualcomm HexagonTM DSP, yüzen bir emülasyon modu ve görüntü için özel AI donanımı ile sabit bir noktaya kadar temel entegre eder.
  • [FONT:0)CEVA-X ailesi sabit nokta veya yüzen iş yükleri için ayarlanabilecek bir yapılandırılabilir bir mimari sunar.
  • [FONT:0]Cadence Tensilica HiFi DSPs[DÜT:1) çeşitli görevleri ele almak için tek bir temele izin veren çoklu talimat set uzantıları (ya dalı, ses, sinir ağı) sağlar.

Hibrit mimarlıklar hem dünyanın en iyisini sunmak için hedefler: rutin işleme için sabit noktanın verimliliğini ve zorlu bölümler için yüzen nokta esnekliğini sunmak. Ancak, genellikle daha yüksek lisans ücretleri ve daha karmaşık araç zincirleriyle gelirler.

Maliyetleri

DSP işlemcisi için toplam mülkiyet maliyeti, birim fiyatının çok ötesine uzanır. Mühendisler üretim karmaşıklığını, lisans modellerini, entegrasyon gerekliliklerini ve geliştirme ekosistem maliyetlerini değerlendirmelidirler.

Silikon Maliyeti ve İmalat Kompleksi

Sabit nokta DSP'ler genellikle olgun işlem düğümleri üzerinde üretilir (örneğin, 28 nm, 40 nm) daha küçük ölü boyutlardaki güçlere, yüksek hacimlerde yüksek oranda daha düşük maliyet sağlar. DSPs daha büyük ölü alanları gerektirir ve daha ilerideki düğümleri (örneğin, 16 nm veya 7 nm) kontrol altına almak için güç verebilir.Bu boşluk ek olarak, yüzer nokta parçaları için 30-50 primi verir.

Licensing ve Royalties

Bittonlar tarafından kullanılabilir DSP çekirdeği (örneğin, Cadence Tensilica, CEVA, Andes Technology), SoC gelişimi, ön lisans ücreti artı per-unit kraliyetleri içerir (örneğin, yüksek performanslı bir yüzenlık temel komutları), kraliyet içi yükleri yüksek çözünürlükte bir sabit nokta seçimi yapabilir.

Entegrasyon ve SistemLevel Maliyeti

Discrete DSPs PCB alanı, pasifler ve ek güç yönetimi ekliyor. Birçok tüketici cihazı şimdi DSP işlevleri uygulama işlemcilerine veya SoCs (sisteme bağlı olarak) maliyet azaltabiliyor. Örneğin, Qualcomm'un Honda mobil platformları, CPU ve GPU ile özel bir Hexagon DSP'ye ihtiyaç duyuyor ve bu tür entegrasyonlar tasarımları belirli bir satıcının ekosistemine kilitleyebilir.

Development Toolchain ve Software Cost

Sabit nokta DSP'ler genellikle ölçeklendirme ve dourasyon mantığını uygulamak için daha yetenekli bir bilgisayar mühendisleri gerektirir, büyüme saatleri. Floatingpoint DSPs genellikle algoritma porting ancak sabit IDE lisansları (örneğin, Texas Instruments' Code Composer Studio ücretsiz tier ama gelişmiş özellikler sunar). Bazı satıcılar, özellikle düşük maliyetli yazılım kütüphaneleri (ya dam kodlar, yankı iptalleri, gürültü azaltma) geliştirme süresini azaltır - kütüphaneleri sabit nokta için ücretsiz olabilir.

Performans Ticareti

DSP ailesi birden fazla performans boyutunu dengelemeyi içerir: transput, gerçek zamanlı geçncy, güç verimliliği, sayısal hassasiyet ve hafıza genişliği. Aşağıdaki tablo, gerçek sayılara bağlı olarak belirli cihaz çeşitleri ve işletim koşullarına bağlı olduğunu not eder.

  • [FONT:0]Throughput (MIPS / MACs)[DSPS 1: Sabit nokta DSP'ler genellikle yüksek zirve MAC puanlarını elde ederler, çünkü onların kelime büyüklüğü daha dardır. Örneğin, DSP sabit nokta DSP 3000 MMACS (milyonlara kadar sabit tutar ve ikinci başına sabit tutar), 32-bit yüzen bir parça elde ederken, sadece 1500 MFLOPS'ye ulaşır.
  • Real-Time Latency: Tüketici ses uygulamaları, 10 ms (örneğin, en kötü gecikmeli monitörler için 2 ms) sabit noktalı temeller basit boru hatlarıyla daha düşük jitter ve daha öngörülebilir zamanlayıcılar elde etme eğilimindedir.
  • DSP'ler için, şarj edilebilir işlem düğümleri, sabit noktası DSP'ler, çoğu işlem sabit noktası DSP'lerden daha az işlem halinde işlem hacminin% 30–60 oranında daha az gücü tüketebilir.In batarya destekli giyilebilir giyilebilir aşınmalar için, bu fark çift zaman çalıştırılabilir. ancak, dinamik gerilim ve frekans ölçeklendirme ile yeni akışlar (DVFS) çoğu işlem sabit nokta modundayken boşlukları daraltabilir.
  • [FONT=0)Memory Band genişlik[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜDÜDÜSÜSÜye Olmayanlar İçin Daha Az sayıda DSP'ye Sahip Daha Az sayıda Kilitli Grafik ve Çok Hızlı Giriş Yapan DSP'ye Sahip Daha Az Daha Az Bir Şekilde Daha Az Bir Şekilde Daha Az Şekilde Daha Az Şekilde Daha Az Bir Şekilde Daha Az Fazla Veriye Sahiptir.
  • [FONT:0) Önlem ve Algoritma Portability): Floating-point, doğrulama çabasını azaltmak için ihtiyaç duyulan ihtiyacı ortadan kaldırır. Algoritma veya Python doğrudan yüzen donanıma taşınabilir.
[FONT:0]Key Insight)[Pekizsiz) için, şekerli bir yaklaşımda yatıyor: kritik yol için sabit nokta çekirdeği kullanın (örneğin, örnekleme, FIR filtreleme) ve yüz yüzen bir noktaya kadar emulation (örneğin, hassas hassas- hassas görevler için)

DSP Aileleri Tüketici Elektronik İhtiyaçlarına Karşı Maçın

Son seçim, uygulamanın performans kısıtlamalarına, güç bütçesine ve piyasa konumlandırmasına bağlıdır. Aşağıda çeşitli yaygın tüketici elektronik kategorilerini inceleyeceğiz.

Ses Cihazları (Headphones, Smart Konuşmacılar, Soundbars)

Tüketici cihazlarındaki ses işleme genellikle 16-bit'i 32-bit çözünürlük ve örnek oranları 192 kHz'ye kadar gerektirir. ultra-low latency (e.g., true kablosuz kulakbuds with active noise Cancel), sabit nokta DSPs'ler için TI (C5000 serisi) veya Analog cihazlar (SigmaDSP) en yaygın seçimdir. DSP'ler yüksek çözünürlükte görünür ve sabit bir sabit ayarlandığında sabit bir kanalda sabitlenebilir.

Akıllı telefonlar ve Tabletler

Mobil cihazlar, DSP çekirdeği (örneğin, Hexagon’da Hexagon, Apple'ın M-set DSP, Samsung Exynos'u özel bir DSP ile birlikte) ve yüksek performanslı (ISP) ve kamera görüntü işleme (ISP) modları ile verimli bir şekilde hareket ettirmelidir.

Giysilenebilirler (Smartwatches, Fitness Trackers, AR/VR Headsets)

Giyim edilebilir cihazlar ciddi güç ve boyut kısıtlamalarına sahiptir. Sabit nokta DSP'ler ultra sağ üst düzey uyku modları (örneğin, Ambiq Apollo, Arm Cortex-M'ye DSP uzantılı olarak, veya TI C5000 LP serisi) tipiktir. Bu tür bir zarf içinde gerçek zamanlı adım algılama, ve ses oyun gerileme yapar. VRets ayrıca düşük çözünürlük pozisyonu gerektirir; DSP'ye göre DSP genellikle işlemleri IMU verileriyle 1 kHz'de gerçekleştirirken.

Akıllı Ev ve IoT Cihazları

Akıllı termostatlar, kapıbellleri ve bağlantılı kameralar genellikle DSP yetenekleri ile mikrokontroller üzerinde çalışır (örneğin, Ctex-M4/M7 tek bir noktaya kadar (örneğin, sabit nokta ve yüzen nokta arasındaki çizgi) çok az sayıdaki hız (yaklaşık 10-20) ama çok basit bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenebilir.

Trendler ve Gelecek Yolları

Tüketici elektronikleri için DSP peyzajını yeniden şekillendirir:

  1. [FONT=0]AI / ML Acceleration[[Dönetici: Geleneksel DSPs, nöral ağ hızlandırıcıları ile artırılmış durumda. Örneğin, Qualcomm Hexagon, Hexagon Tensor Hızlandırıcılığı (HTA) için en-tavice inference.Bu eğilim keskinleştirici sabit noktaya kadar uzanır çünkü eğitim-sayıt hassas (16bit veya 8bit tamsayı) genellikle inference için yeterlidir.
  2. [FONT=0]RISC-V DSP Cores[DÜT:1): RISC-V gibi bir DSP uzantılı (P-exction), şirketlerin kendi DSP çekirdeklerini lisanssız tasarlamalarına izin verir. Bu özellikle de mala duyarlı tüketici elektronikleri için cazip.
  3. [FONT:0]Software-Defined Audio Platforms[[Döntilmiş Ses Platformu]: Audio DSPs, sabitlenebilir platformlar için yazılım programlanabilir platformlara taşınır (örneğin, XMOS'nin xCORE, Cadence Tensilica HiFi).

[FONT:0]Stratejik Not[[Dönetici:0)[DSP ailelerini yeni bir ürün için değerlendirdiğinde, sadece mevcut maliyet ve performans değil, aynı zamanda yazılım ekosistemi güncellemeleri için yol haritası da göz önünde bulundurulur. Güçlü bir topluluk ve satıcı tarafından yapılan kütüphaneler ile A DSP, ürünün hayatını azaltabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bir tüketici elektronik cihazı için en uygun DSP işlemci ailesini seçmek, düşük bir birim maliyetinde nuanced anlayışı ve performans ticaretlerini gerektirir. Sabit nokta DSP'ler, temel ses ürünleri ve karmaşık sensör füzyonu için vazgeçilmez kalır. Hybrid architectures and host DSP çekirdeği, SoM'lerde norm haline gelir ve daha pahalı bir şekilde DSP'ler, daha pahalıya mal olan performans standartlarının kilidini açarken, onları temel ses ürünleri ve karmaşık sensör füzyon için vazgeçilmez hale getirebilir.

Daha fazla okuma için, [[DÜyetim:0)Texas Instruments DSP portföy genel bakış[DÜT:2)Qualcomm Hexagon DSP Belgeleri) ve [[DFLT:4Analog Cihazları tüketici ses DSP çözümleri[DDSPT:5] de mevcut.