發布日期：2022-07-15 點擊率：60
回顧手機電路的發展歷程,我們不難發現,CPU與DSP兩種技術向來都是并肩共存的。最初,人們將不同的CPU和DSP的芯片放在一塊電路板上來實現控制和數據處理。后來,在制造工藝的幫助下,技術人員發明了集成度較高的SoC芯片,它將CPU和DSP集成在一起形成了面積更小的芯片,電路也因此開始變得精簡起來。然而隨著技術的發展,問題開始出現:為了實現對各種音頻(WMA/MP3)、視頻(MPEG-2/4、、VC-1)以及無線連接(藍牙、Wi-Fi、ZigBbee、UMTS等)標準的支持,軟件復雜度被迅速拉高,同時,電源管理也正在向軟件實現來轉移,這還不包括正在被提上議事日程的DRM。
圖: OptimoDE數據引擎可以根據算法對架構進行調整。
為了減少對軟件編程的依賴程度,技術人員開始考慮使用ASIC來代替SoC芯片中DSP或CPU區塊電路,具有CPU部分特性的DSP宣布誕生,而將DSP功能收入囊中的CPU也開始進入市場。CPU和DSP由分工開始走向融合。“這是微處理器市場發展的一個趨勢。”譚軍指出,“從這個意義上講,很難評價CPU內核和DSP內核孰優孰劣。”
譚軍表示,事實上CPU和DSP技術各有千秋。“以多媒體設備為例,如果選擇DSP方案,就必須支持各種各樣的音視頻標準。然而問題是,不同標準下對DSP的要求卻不盡相同。”他說,“因此,標準DSP內核已經無法滿足軟件復雜度不斷提高的需求。”他指出,在最樂觀的情況下,人們也只能利用標準DSP內核20%的能力。“很顯然,說DSP內核是跑車,這本身就是錯誤的。”他強調。
重提OptimoDE
讓我們來重新看看微處理器市場的三個主要技術吧(ASIC、DSP以及CPU)。譚軍認為,ASIC電路功耗小,占位面積小,缺乏靈活性并且預付成本高昂；而與之相對應的CPU,靈活性和成本都不成問題,不過,由于所有功能都需要借助軟件來實現,因此隨著設備所需功能的不斷豐富,這種技術在日益上升的功耗問題面前漸顯乏力；相比之下,DSP技術兼顧了CPU靈活性和ASIC電路低功耗的優勢。不過很顯然,兩種優勢都打了折扣。
為了更好地兼顧靈活性、功耗以及價格問題,系統廠商們開始轉向新興的可配置CPU技術。不過這種樂觀情緒并沒有持續多久,研究人員很快就發現他們又一次走向了死胡同:被配置后的每一款CPU都需要重新編寫編譯器和調試器。“所有的工具都不再兼容,這和使用標準CPU內核時完全不同。”譚軍指出,“造成的結果是,只有少數幾個大的系統廠商有能力采用這種技術。同時,開發周期也被拉長。這對消費類電子產品來說,無疑是不合適的。”
不過,電子工程師們很快就找到了新的方向。Tensilica和ARC公司先后推出了可配置的DSP技術,盡管是以標準CPU內核業務為主,但后來卻被證明是通往成功之路的典型代表。而可授權微處理器市場的頭號廠商ARM公司也成為這兩家小型公司的跟隨者:2003年,ARM公司宣布對飛利浦半導體旗下的Adelante Technologies N.V. 進行收購,并同時推出了一款名為OptimoDE的可配置體系結構和工具集。
“可配置CPU造成了工具的不連續,但可配置DSP技術已經克服了這個問題。”譚軍介紹說,“以OptimoDE為例,在得到自定義的DSP(RTL格式)后,工程師還將同時得到與該DSP所匹配的編譯器和調試器。”這樣,無論功耗、價格還是靈活性,都得到了較為可觀的改善。
“通用DSP很難滿足快速變化的行業標準。以視頻為例,目前就有包括MPEG-2、MPEG-4、、VC-1、AVI等在內的多個標準。”他再次強調,“相比之下,可配置的DSP對于家用多媒體產品制造商更具吸引力。使用OptimoDE得到的可配置DSP不僅兼顧了DSP的可編程性,又具有ASIC電路的專用性。”他透露,目前Broadcom、LG以及法國湯姆遜公司已經在使用OptimoDE進行產品開發。
“可配置”特性會拉長產品的開發周期嗎？譚軍否定了這一說法。相反,他表示,由于可配置DSP是專門針對某個或某幾個應用而開發的,許多不相關的模塊可以就此省去,這將幫助系統廠商加快產品上市時間。
ARM通吃所有應用？
可配置DSP技術來勢洶洶,但這并不意味著標準CPU內核業務將被取代。事實上,DSP和CPU一直都會是相輔相成的關系。譚軍甚至樂觀地表示,在增添了可配置DSP之后,ARM將可以通吃目前幾乎所有的應用。“至少對大多數的應用將是如此。”他說。
“今天,手機已經不再僅僅意味著簡單的通話功能,它還同時必須支持MP3、MPEG-4、藍牙以及WiFi。”譚軍舉例說,“除了DSP、ASIC等硬件電路之外,包括驅動程序、操作系統、中間件以及應用程序都是我們無法看到的軟件。但是軟件處理不是DSP的強項。你會發現,不錯,這些東西需要DSP/可配置DSP進行數據處理,但是更需要一個CPU來進行全局控制。另外,從操作系統來講,包括微軟、Symbian以及Linux在內的操作系統也都僅支持CPU或帶CPU功能的DSP。”
譚軍認為,DSP和CPU結合的趨勢將會越來越明顯。“一直以來,DSP的主要用途都是在有線調制解調器等通訊設備或DVD 播放器中,人們并不關心它們的操作界面。”他說,“但是,今天的消費者更喜歡有漂亮菜單的手機。包括DVD播放器在內的消費類電子也不例外,人們希望可以在屏幕上做很多事情,不僅僅只是盲目的按鍵。而人機界面越多,軟件就越復雜,復雜的軟件對CPU的要求將會越來越高。”
作者:王彥
