在4G無線通信領(lǐng)域，數(shù)據(jù)吞吐量已經(jīng)達(dá)到了3G時(shí)代的100到1000倍；在多媒體處理器領(lǐng)域，每天都有新的標(biāo)準(zhǔn)涌現(xiàn)出來；在更多其它DSP應(yīng)用領(lǐng)域，密集的數(shù)據(jù)處理器需求不斷給處理器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)帶來新的挑戰(zhàn)。隨著更多新應(yīng)用的更高要求，未來的DSP發(fā)展將呈現(xiàn)哪些趨勢(shì)？帶著這個(gè)問題，本期《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，我們特意采訪了ADI、Atmel、Freescale以及TI公司在DSP領(lǐng)域的資深專家，并總結(jié)出以下五大發(fā)展趨勢(shì)：
第一，DSP內(nèi)核指令并行處理能力增強(qiáng)，SIMD(單指令多重?cái)?shù)據(jù))和VLIW(極長(zhǎng)指令字)將會(huì)在新一代高性能處理器中占據(jù)主導(dǎo)地位。
現(xiàn)在，幾乎所有的DSP廠商都使用了VLIW構(gòu)架，這一指令構(gòu)架大大加強(qiáng)了DSP處理器的指令并行能力，而SIMD指令集能夠大幅度提高數(shù)據(jù)并行處理能力，在通用處理器上也得到了大量使用。例如，CEVA最新的XC323內(nèi)核就包括8路VLIW、512位SIMD操作、每周期32次MAC乘加運(yùn)算，以及固有的復(fù)雜算術(shù)運(yùn)算支持。這是CEVA針對(duì)4G應(yīng)用推出的全新構(gòu)架，直接針對(duì)高吞吐量高性能的應(yīng)用需求。
第二，在某些苛求高性能的應(yīng)用中，多核DSP方案會(huì)越來越多。
這點(diǎn)得益于半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，單顆芯片上可以集成越來越多的晶體管，也符合處理器整體多核化的趨勢(shì)，因?yàn)榭紤]到功耗的原因，單一內(nèi)核通過提高主頻的方式已經(jīng)難以為繼。依靠多核并行處理提高性能，已經(jīng)成為整個(gè)行業(yè)的選擇。例如德州儀器的C66x高性能多核DSP系列，最高可集成八個(gè)C66x內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核都可達(dá)到1GHz或1.25GHz的頻率，總共可達(dá)到320 GMAC和160 GLOP定點(diǎn)和浮點(diǎn)性能，非常適合醫(yī)療和高端成像、測(cè)試和自動(dòng)化、高性能計(jì)算和核心網(wǎng)絡(luò)等高端應(yīng)用。
圖1：德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理丁剛。
第三，同時(shí)支持定點(diǎn)和浮點(diǎn)計(jì)算。
該趨勢(shì)與通用處理器的發(fā)展方向保持一致，最早處理器也是整數(shù)運(yùn)算單元和浮點(diǎn)運(yùn)算單元分離的，現(xiàn)在的處理器都集成了整數(shù)和浮點(diǎn)計(jì)算單元。從目前面世的產(chǎn)品來看，德州儀器的TMS320C66x系列多核DSP已經(jīng)融合了定點(diǎn)和浮點(diǎn)功能。德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理丁剛表示：“在保證高性能的同時(shí)，統(tǒng)一定點(diǎn)和浮點(diǎn)支持更便于編程。TI已經(jīng)完成了這點(diǎn)，我們認(rèn)為業(yè)界也會(huì)跟進(jìn)。”ADI的技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張鐵虎對(duì)此表示認(rèn)同：“今后幾年，我們可以見到DSP向著32位的方向發(fā)展，同時(shí)支持整數(shù)和浮點(diǎn)算術(shù)指令集。”
圖2：ADI的技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張鐵虎。
第四，單片DSP。單片DSP又被稱為DSC(digital signal controller，數(shù)字信號(hào)控制器)，這也是SoC的概念，通過先進(jìn)技術(shù)集成更多功能和接口來降低整體板級(jí)成本、功耗和大小，包括各種模擬數(shù)字片上外設(shè)、硬件加速、通用處理內(nèi)核。
德州儀器的達(dá)芬奇平臺(tái)就是一個(gè)SoC的典型例子，此外還有飛思卡爾的MC56F82xx系列。MC56F82xx是基于56800E內(nèi)核DSC系列的成員，它結(jié)合了微控制器(MCU)的功能和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的處理能力，提供廣泛的外設(shè)，包括帶有NanoEdge布局技術(shù)的高速脈寬調(diào)制器以及兩個(gè)超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。飛思卡爾微控制器事業(yè)部高級(jí)系統(tǒng)工程師Charlie Wu表示：“這種DSC會(huì)大量應(yīng)用在新能源領(lǐng)域，如數(shù)字電源、太陽能發(fā)、混合動(dòng)力汽車的電池充電管理等。”
圖3：飛思卡爾微控制器事業(yè)部高級(jí)系統(tǒng)工程師Charlie Wu。
第五，DSP + MCU，也就是微控制器的融合。
微控制器的成本低，是主要執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器，能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是它的缺點(diǎn)就是數(shù)字信號(hào)處理功能比較差，而DSP正好能彌補(bǔ)這一功能缺陷。許多應(yīng)用都需要兼具智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能，因而，把DSP和微處理器進(jìn)行結(jié)合，用單一芯片實(shí)現(xiàn)這兩種功能，將會(huì)大大加速個(gè)人通信產(chǎn)品、智能電話、無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開發(fā)，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、減小PCB體積、減小功耗并降低整個(gè)系統(tǒng)成本。”32位MCU集成DSP的指令是發(fā)展方向，這個(gè)發(fā)展是出于成本的要求，許多的模擬控制電路會(huì)被數(shù)字控制(軟件)取代。”飛思卡爾的Charlie Wu解釋道，“一般是32位MCU增加DSP所具有的乘累加指令，但是只是整數(shù)指令。這樣一來，MCU也具有一些DSP的功能，可以進(jìn)行一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的濾波器計(jì)算。MCU主要構(gòu)架是單總線結(jié)構(gòu)，同時(shí)有些哈佛總線結(jié)構(gòu)，即一組程序總線加一組數(shù)據(jù)總線。今后MCU會(huì)向哈佛總線結(jié)構(gòu)發(fā)展。但是這種總線結(jié)構(gòu)的限制使它在做數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性方面不可能向DSP一樣強(qiáng)。”
最早兼具DSP與MCU功能的平臺(tái)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，之后擴(kuò)展到語音處理、傳感器處理等應(yīng)用，并取代了原有的帶數(shù)字濾波器的合成模擬濾波器�，F(xiàn)今，這一平臺(tái)越來越廣泛的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)、電話設(shè)備及以太網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域，同時(shí)在醫(yī)療、電器、空調(diào)、不間斷電源、切換式電源、半導(dǎo)體照明等很多方面也不乏它們的身影。
愛特梅爾公司亞太區(qū)戰(zhàn)略營(yíng)銷總監(jiān)曹介龍認(rèn)為：“隨著新一代具DSP功能MCU的面世，入門級(jí)DSP和普通MCU的差別變得越來越小，越來越模糊。”愛特梅爾具有整數(shù)定點(diǎn)DSP算法、單周期乘法和累加指令的32位AVR MCU正是一個(gè)很好的例子。
圖4：愛特梅爾公司亞太區(qū)戰(zhàn)略營(yíng)銷總監(jiān)曹介龍。
在可預(yù)見的一段時(shí)間內(nèi)，無線應(yīng)用仍將是可編程DSP市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)引擎，而嵌入式DSP市場(chǎng)則更有潛力。不管是何種形式，DSP技術(shù)仍是新興IP電話市場(chǎng)的樞紐。沒有DSP技術(shù)就沒有對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的訪問和多媒體，也不可能有無線通訊。因此，DSP仍將是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。 |
