Moore Yasası, 1965 yılında Gordon Moore tarafından yapılan bir gözlem, mikroçip çiftlerinin yaklaşık iki yıl boyunca mikropişmanlık çiftlerinin sayısının, bu sürekli ölçeklendirmenin dijital sinyal işleme (DSP) ile son derece basit, tek kullanımlık sistemler arasındaki geçiş sistemlerinin geçmişi arasındaki geçişleri ve sürekli olarak genişleten bir şekilde genişleten bir şekilde genişletilebilir.

Moore'un Yasasını Anlayın: Sadece Transistors'dan Daha Fazlası

Sık sık teknolojik ilerleme oranı olarak atıfta bulunurken, Moore Yasası fiziksel bir yasa değil, endüstrinin büyük ölçüde takip ettiği bir fizyoterapist gözlemi olarak ortaya çıktı. Moore, her yıl entegre devredeki bileşenlerin sayısını iki katına çıkardı ve bu eğilimin devam edeceğini belirtti. 1975 yılında, her iki yılda bir doubling tahmin etti.

Bu doubling'in pratik sonuçları derindir. Tek bir çip üzerinde daha fazla transistör:

  • [FONT:0)İncreased Kompleksi:) Tasarımcılar daha gelişmiş mimarileri, daha büyük önbellekleri ve özel mantık birimleri uygulayabilirler.
  • [FONT=0) Yüksek Saat Hızları:[Dönem:[Dönemli) Uzun bir süre Moore Yasası'nın egemenliği için, daha küçük transistörler de hızlı geçti, saat frekansında doğrudan artışlar sağladı.
  • [FONT:0)Redük Maliyeti Transistor: Fabricating more transistorlar tek bir maliyetle, aynı fiyat noktasında daha güçlü çiplere izin verir.
  • [[0) Geliştirilmiş Enerji Verimliliği:[Dönetici:[Dönetici: 0,4] Küçük transistörler genellikle mobil ve gömülü DSP uygulamaları için anahtar bir faktör gerektirir.

Bu virtüel döngü, dijital sinyal işlemcilerinin, özel mikroişlemciler olarak, niş bileşenlerinden modern ses, video, iletişim ve kontrol sistemleri içinde bir adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım atmasına izin veremedi. Moore'un Yasası ve DSP gelişimi arasındaki ilişki sadece bir korelasyon değil, aynı zamanda doğrudan bir korelasyondan oluşuyor: Her yeni süreç hiçbir şekilde DSP mimarlar gerçek zamanlı sinyal manipülasyon yeteneklerinde bir adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım atma fırsatına sahip oluyor.

Dijital Signal Processors'un Rolü: Gerçek Zamanlı Hesaplamalı Motorlar

Dijital Signal Processors, özellikle de sinyal işlemenin temel yapıtımı olan matematiksel işlemler için optimize edilmiş bir mikroişlemci sınıfıdır. Genel amaçlı CPU'ların aksine, karmaşık tahmin ve dışsal uygulama ile çok çeşitli görevleri ele almak için tasarlanmıştır, DSP'ler Finite Impulse Response (FIR) filtreler, Hızlı Fourier Dönüşümleri (FFT), ve konvololuşturucu ile sonuç verir.

DSP'leri genel amaçlı işlemcilerden ayırt eden temel mimari özellikler şunlardır:

  • [FONT=0)Hardware MAC Birimleri:[Dönetici:[Dönetici:0)Tek bir saat döngüsünde bir MAC gerçekleştiren özel multipliers ve cumulators.
  • [FONT:0) Harvard Mimarlık'ı Değiştirdi:[Döntilmiş Öğretim ve veri otobüsleri, bir öğretim ve bir veya daha fazla veri operaları getirebilmelerine izin veriyor.
  • [FONT:0)Zero-Overhead Ringing:) döngü karşılarını ve dalmayı yönetmek için özelleştirilmiş donanım, yazılım döngüsünden kaçınmak.
  • [FONT:0)Saturating Arithmetic:[Dönetici: [Dönetici:0)))[En yüksek temsil edilebilir değeri aşan bir mod, ses ve video işleme için kritik olan bu kadar yüksek çözünürlükte (veya doygun) ile karıştırılır.

Bu özelliklerin evrimi Moore Yasası'na oldukça bağlı. Transistör bütçeleri genişledikçe mimarlar tek bir MAC ünitesi ve çoklu MAC'lar, vektör işleme birimleri ve büyük, hızlı bir şekilde basit DSP'lerden taşındılar.

Moore Yasası ve DSP Mimarlık Evrimi

Transistor Scaling ve Performans Kazanıyor

Moore'un DSP işleme gücü üzerindeki en doğrudan etkisi, 5 MMACS'nin üzerinde üst düzeye kadar, birkaç megahernm üzerinde yüzlerce ölçümde hızlanan ve birkaç megahertz'ın yüksek çözünürlükte 100.000'den fazla işlemden oluşan bir işlemdir.

Memory Entegrasyon ve On-Chip Kaynaklar

Erken DSP'ler hem talimatlar hem de veriler için dış hafızaya çok güveniyor, tek yönlü veri erişimi sağlayan bir şişenck yaratıyor. Moore Yasası, tasarımcılara daha fazla miktarda çip SRAM'ı entegre etmesine izin verdi. Bu önbellek bellek veya CPU'da, doğrudan işlemci otobüslerinde oturuyor, tek yönlü veri erişimi sağlıyor.

  • [FONT:0]1980s:[Dönem:[Dönder: 1] Birkaç yüz tane, birkaç kiloda bir miktar RAM'a kadar.
  • [FONT:0]1990'lar:[Dönder:[Dönder: 1] Tens to yüzlerce kilobayt, tüm ses tamponları veya video hatlarının çip üzerinde depolanmasına izin verir.
  • [FONT=0)2000s:[Dönetici:[Dönetici:0) Megabits of on-çik hafıza, karmaşık multi-kan ses işleme ve gerçek zamanlı video kodculara izin vermek.
  • [FONT:0)2010 -Öyle: [Dönetici: [Dönetici: C1 / L2 önbellekleri, çok çekirdekli DSP'ler sofistike AI inference iş yüklerini destekler.

Bu miniaturizasyon sadece performansla ilgili değildi; aynı zamanda yeterli transistörlerle, tüm sinyal işleme alt sistemleri, taşınabilir telefonlarda ve gömülü sistemlerde gerçek zamanlı işlemlerin çoğalmasına ve DSP çekirdeği, hafıza, periferiler (ADCs, DACs, seri arayüzler) ve hatta uygulama bazlı hızlandırıcılar ile doğrudan uygulama-özel hızlandırıcılar tarafından inşa edilebilir.

Öğretim Setleri

Moore Yasası tarafından sağlanan transistör bütçeyle, DSP mimarları birden fazla MAC'u uygulamak için tek bir DSP çekirdeğine izin verebilir ve veri hareket ettirir, süperscalar out-of-ordert işlemlerinin karmaşıklığı olmadan dramatik bir şekilde artış gösterir.For specific application domains, such as video işleme (mD uzantıları) veya iletişim (turbo kodu ve Viterbicode donanımını)

Uygulamaları, Moore'un DSP Yasası tarafından enabled

Ses İşleme

Ses kodlarının basit AM/FM modulation to high-definition audio formatları Dolby Atmos ve DTS:X Moore Yasası olmadan mümkün olmazdı. Erken ses DSPs, yüksek sadakatli ses çıktısını sağlamak için temel eşitleme ve karıştırmak için DSP'ler kullanabilir ve otomobil ses sistemlerini gerçek zamanlı olarak yüzlerce ses kanalın işlenmesini sağlayabilir, karmaşık oda düzeltme algoritmaları, uzaysal olarak uygulama ve sanal çevre ses taşınabilir müzik oyuncuları için kirişler için kirişler ve DSP'ler kullanabilir.

Video ve Görüntüleme

Gerçek zamanlı video işleme son derece talep edilen bir uygulamadır.DSP videodaki tek bir çerçeveyi ele alalım. Erken DSPs, düşük çözünürlüklü video telekonferencing ile sadece önemli uzlaşmalarla ilgili olarak, Moore'un Yasası tarafından sağlanan transistör yoğunluğu, DSP mimarisine sahip video kodlama platformlarının geliştirilmesini sağlar.Bu motorlar H.264, H.265 (HEVC), ve yeni yazılımlar için gerçek zamanlı olarak 4K ve 8K video kodları, yüksek çözünürlükte, sinyal sistemleri ve yayın makinelerine sahiptir.

İletişim ve Kablosuz

Modems, DSP'lerin temellerinde güvenmektedir. Analogdan dijital hücresel (2G'ye 3G'ye geçişten), 4G LTE ve 5G NR'nin yüksek hızlı veri taleplerine kadar, her kablosuz teknoloji, kanal tahminleri, eşitleme, decoding (turbo kodları, LDPC) ve MIMO (Multiple-Input Multipl-Output) sinyal işlemesine kadar çok paralel olarak, çok sayıda tasarıma sahip.

Otomotiv ve Endüstri

Otomotiv endüstrisi, DSP işleme gücünün büyük bir tüketici haline geldi. Radar sistemleri, uyarlayıcı bir seyir kontrolü, kör nokta algılaması ve otonom acil frenleme DSP'leri yüksek frekans radar sinyalleri için gerçek zamanlı olarak algılamak için kullanıyor. Lidar sistemleri, bu noktada DSP'lerin verimli veri işleme ve nesne algılama için bulutları oluşturuyor. Endüstriyel otomasyonda, DSP'ler kontrol motorlarında, güvenilir enerji sistemleri için güç dönüştürücü sistemler için dönüştürücü bakım için dönüştürücü analizleri yaptı.

Meydanlar ve Sınırlar

CMOS Scaling Fiziksel Sınırları

Moore Yasasının devamına en önemli meydan okuma, transistör ölçeklendirmenin fiziksel sınırıdır. Bireysel atomların ölçeğine göre küçültülebilir (şimdi gelişmiş düğümler 3 nm'de), kuantum mekanik etkiler - şu anda transistör kapısı oksit ve belirgin kısa kanal etkileri ile - daha minimüre baskın yapar.Bu, her iki yıl bir kez daha tahmin edilebilir bir şekilde sabitlenir ve elde etmek için daha uzun süre boyunca yavaşlanır.

Güç ve Termal Kıtlar

On yıllar boyunca mühendisler, Moore Yasasının DSP'leri tasarlayabilmesi için yeterli transistörler sağlayacağını varsayarlar, Power Wall - hız arttırılan noktada, yüksek çözünürlükte ısı dağılımına yol açarlar - 2000'lerin ortalarından bu yana büyük bir kısıtlamaydı. Bu, DSP'leri tasarlayanlar, tek çekirdekli bir frekans ölçeklendirme işlemine kadar tek çekirdekli bir baskıya yol açıyor.

Ekonomik Hurdles

Lider yarı iletken bir üretim tesisi inşa maliyeti (fab), kesintiye uğramanın maliyetinin düşmesini sağlar. 3 nm fab maliyetleri 20 milyar dolarlık geri dönüşler için ayarlanır: Bu ekonomik bariyer, her bir yeni için sadece birkaç şirket (TSMC, Samsung, Intel) kesintiye uğramaya mal olur. Bu konsolidasyon rekabeti azaltır ve en son işlem düğümlerine erişmek için daha küçük DSP tasarımcılarının yeteneğinin kısıtlanması anlamına gelir: En yüksek performans kazançları her biri için sadece bir transistimalat kazanır.

Moore'un Yasasının Ötesinde: DSP'nin Geleceği

Üstel transistör ölçeklendirmenin artık garanti olmadığını, araştırmacılar ve mühendisler DSP işleme gücünü geliştirmeye devam etmek için birkaç posta yolu keşfediyorlar.

Nöromorfik Hesaplama

Nöromorfik çipler biyolojik sinir ağları yapısını ve işlevini taklit etmek için tasarlanmıştır. Geleneksel von Neumann mimarisinin ayrı hafıza ve işlemesi, nöromorphic sistemler, sinaps ve nöromorfik sistemler gibi bir şekilde hesaplamak ve hafızayı birleştirir.Bu yaklaşım, gerçek zamanlı olarak algılama, sensör verileri ile olası bir algılama ve yüksek çözünürlükte, Intel (Loihi) ve IBM (Kuzey True) ile akıllı işitme sistemleri ile ilgili olarak olağanüstü güçlendiriciler vaat eder.

Kuantum İşaret İşleme

Hala bebeklik döneminde, kuantum hesaplama, klasik bilgisayarlar için uygun olmayan bazı problemleri çözme potansiyeline sahiptir. Dijital sinyal işleme için kuantum algoritmaları, bazı Fourier dönüşümleri ve lineer cebi işlemleri üst düzeye kadar hızlanabilir.Kuantum sinyal işleme (QSP) doğrudan kod işleme işlemleri için kuantum algoritmaları uygulamayı amaçlayan bir alandır.

Fotonic DSPs

Fotonik bütünleşik devreler (PICs), elektronların hesaplamayı gerçekleştirmesi için ışık kullanıyor. Işık bazlı işleme, sinyal işleme için temel avantajları sunuyor: yüksek bant genişliği (optik olmayan akışlar), düşük gecikmeli (no elektron hareketliliği sınırlamaları), ve elektromanyetik müdahaleye yönelik bağışıklıklar, optik DSP'ler, optik alanda doğrudan doğruya doğru bir şekilde çalışır ve DSP'lerin siparişlerini tüketerek, DSP'lerin siparişlerini tüketerek, daha az maliyetli hale getirir.

Heterojen integral ve Chiplet Mimarlık

Daha acil, performans büyümesini devam etmek için pratik bir yaklaşım heterojen bir entegrasyondur. Lider bir süreçte tek bir monolithic ölmek yerine, sistem tasarımcıları, belirli bir işlev için optimize edilmiş bir şekilde (örneğin, DSP çekirdeği, AI hızlandırıcıları, hafıza, analog arayüzler) – bu yaklaşımın etrafında yeniden tanımlanmasına olanak sağlar.Bu yaklaşım, yalnızca belirli bir tasarım için optimize edilmesi gereken mantığı kullanarak, bellek ve periferik bağlantılar Express için daha ucuz bir paket oluşturabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

50 yıldan fazla bir süredir Moore Yasası, dijital sinyal işlemedeki ilerlemenin temel sürücüsü olarak hizmet etti. Üstel olarak, transistör yoğunluğunda artış, inovasyonların bir cascadesini sağladı: daha hızlı saat hızları, daha büyük, daha karmaşık bir talimat setleri ve tüm sistemlerin tek bir çip üzerindeki entegrasyonu.Bu gelişmeler, DSP'lerin ses, video, iletişim, otomotiv ve endüstriyel uygulamalardaki gerçek zamanlı görevleri giderek daha fazla talep etmesi için güçlendirdi.

Bugün, bir haçlı sistemlerde duruyoruz.DSP'nin geleceği, Moore'un Yasası ile klasik olarak tanımlanmıyor, ancak mimari yaratıcılık ve roman bilişim paradigmaları ile ilgili talepler, sinyal işleme gücü, fotonik devreler ve heterojen çipler, ve tüm umut vericiler, DSP'lerin geleceği, Moore'un Yasası'nın gelişimi ile ilgili olarak tanımlanmıyor.