数字信号处理芯片重拾多核心架构

      为了在提升性能并同时降低功耗，在处理器中加入更多核心俨然已成为运算和嵌入式处理器产业的标准作法。尽管类似的演变对各种高性能处理来说似乎无可避免，但以往的经验也让数字讯号处理器(DSP)供货商在采用多核心方式上更具有选择性。目前DSP正开始重新采纳多核心架构，但主要仍针对一些处理任务可以得到妥善划分的特殊应用。

      DSP应用通常只包含一些高度复杂的任务，且其系统性能的提升有赖于加速任务的执行速度，而不只是单纯地执行更多的任务。DSP系统并不在任务级进行分割，而通常必须在算法等级上完成分割任务。对于如压缩视讯串流的整体任务而言，则必须将其分成可在不同核心上平行执行的多个步骤。任务排程器或操作系统无法完成这种分割，这种分割必须在软件设计过程中完成。正因为算法分割有其困难性，许多DSP应用开发人员因此避开多核心的方法。另外一些如加密的任务实际上并不支持平行运算。

      然而这并不表示DSP从没采用过多核心的方法。picoChip公司很早前就针对高性能DSP推出整合多个相同核心的picoArray架构。然而，大多数为DSP设计的多核心设计方案并未采用相同的核心；相反的，它们采用DSP核心协同RSIC CPU核心的方式。整合不同核心的异质DSP架构是多年来不断为手机及通讯产业采用的多核心处理设计方法之一。这些处理器的目标应用可简单地划分成为DSP提供讯号处理任务，以及为RSIC CPU分割提供控制任务，从而简化其分割作业。

      ADI的Blackfin BF561双核心DSP是一个例外。该组件的核心是针对能同时完善处理两种任务而设计，因此不需要对任务进行分割。相反地，开发人员亦可任意分配任务以平衡核心负载。然而，由于当时大多数开发人员可能缺乏分割软件的经验，同时也缺乏自动化工具支持，因此使用同质多核心的DSP方案在推出时无法迅速获得普及。

      “BF561是早期针对该领域推出的入门产品。”ADI公司Blackfin应用经理David Katz表示︰“在当时它称得上是领先业界的产品。开发人员花了许多时间学习如何分割。”Katz强调，ADI公司在BF561问世后至今尚未推出同质多核心DSP设计，尽管“多核心一直是我们发展策略的重要部份”。

      其它DSP供货商也将多核心看作是DSP必然的趋势，这与它被广泛用于运算方面的理由是相同的：在低功率条件下提供更高的性能。促使同质多核心DSP芯片设计再度被业界采用的因素，就在于市场对于系统性能增加的需求。在一些关键应用中，对于性能的需求正从更快地执行单一任务转变为执行更多的任务。这种转变简化了DSP的任务分割，使它成为更像是其它嵌入式应用中进行的任务分割，而DSP供货商一方面也抓住这难得的机会积极开发产品。

      随着市场对于网络音讯及视讯(VoIP)需求的成长，媒体处理已成为这一种转变中的应用。举例而言，媒体网关器设计必须提供各种音讯、视讯和视讯编译码器的功能，同时也支持多个独立通道的处理。这种应用结构很容易被分割成个别的任务，使其适用于多核心DSP设计。

      Octasic公司的Vocallo就是满足该项应用领域需求的最新产品。
 
          图1：由于算法分割的困难性，许多DSP应用开发人员避而不用多核心途径。

      Vocallo采用15个相同的DSP核心，提供设计人员相当大的灵活性来开发平行的管线架构，而为不同建置的信道容量和性能提供最佳平衡。

      另一款近日推出用于通讯领域的多核心DSP是德州仪器(TI)公司的TNETV3020，该组件是针对高密度核心网络所设计。“我们目前正进行的是特殊应用多处理作业”，TI公司多核心解决方案经理Ray Simar表示︰“在基础架构应用中必须执行大量相同的任务，而设计也会因此朝向采用多个相同的处理器发展。”

      TNETV3020采用6个DSP核心、1个开关结构，以及多种串行I/O通道，以允许设计人员针对这一信道格式转换等任务进行设计配置。

      DSP应用改变的特性并非只在通讯方面，对于高性能音讯处理方面的需求也愈趋高涨，用以处理适用于多核心简易分割的多重任务。飞思卡尔半导体(Freescale)的音讯DSP产品经理Sujata Neidig指出，高画质、杜比和蓝光音讯算法的推出使音讯DSP的性能需求提高了5倍，同时也增加了产品复杂性、数据传输率和信道数量。Neidig进一步指出，更多如自动音量控制等功能也逐渐被整合于音讯设计中。

程序代码再利用

      飞思卡尔公司新推出的Symphony DSP56724和DSP56725 DSP采用一种双核心架构，可使开发人员重复使用现有程序代码的同时也分割处理任务。针对视讯或混合音讯与视讯处理所设计的多核心DSP也已问世，例如Cradle Technologies公司的CT3616，Gennum公司的Voyageur以及Cirrus Logic公司的音讯多核心DSP。

      针对多核心DSP芯片设计的开发趋势最终很可能会将分割任务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。该公司利用其通用型picoArray架构开发了一款可将完整的毫微微蜂巢式(femtocell)接取点建置在单一芯片的组件。picoChip公司完成了所有的分割工作，并将核心系统软件加载芯片上内存，因此开发人员只需进行增加客制功能即可。

      这种特殊组件可能是多核心DSP设计的近期目标，但长期而言多核心方法未来还将会包含通用型的DSP设计。“展望未来，我们可看到多核心DSP并不会仅局限在单一应用，它将变得愈来愈普及”，TI公司的Simar称。

      随着这一转变趋势进展，也将迫使开发人员必须学习如何利用同质多核心DSP而有效地为其设计进行分割，“许多人打算利用编译器来完成分割任务，”Simar表示“但这不是一天两天就能发生的事，为了利用这些组件，我们必须从另一个角度来思考。”