多核DSP，軍事應(yīng)用的關(guān)鍵

隨著無(wú)人機(jī) (UAV)、聲納、雷達(dá)、信號(hào)情報(bào) (SIGINT) 以及軟件定義無(wú)線電 (SDR) 等波形密集型應(yīng)用中的信號(hào)處理需求不斷攀升，多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 內(nèi)核的使用已成為重要的實(shí)現(xiàn)手段。多核功能與不斷豐富的 IP 內(nèi)核及開(kāi)發(fā)工具相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的系統(tǒng)架構(gòu)。所有這些應(yīng)用都需要多核 DSP 來(lái)滿足關(guān)鍵任務(wù)行業(yè)的各種需求，其中包括更強(qiáng)大的功能性(更快的處理速度)、更精細(xì)的分辨率以及更高的精度。過(guò)去，處理器性能的改善是通過(guò)工藝節(jié)點(diǎn)升級(jí)及提高運(yùn)行時(shí)鐘頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，發(fā)展小型工藝節(jié)點(diǎn)和提高時(shí)鐘頻率并不是提高性能的低功耗捷徑。在單個(gè)裸片中集成多核的這個(gè)方法可在更低的時(shí)鐘頻率及功耗下實(shí)現(xiàn)所需的高性能。

多核 DSP 以片上系統(tǒng) (SoC) 形式設(shè)計(jì)，包含網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器、安全加速器或 FFT 加速器等功能。為了滿足軍事應(yīng)用的性能與成本需求，多核 DSP 應(yīng)：

1. 支持混合執(zhí)行引擎(內(nèi)核)、矢量信號(hào)處理 (VSP) 以及更少的指令集計(jì)算 (RISC);

2. 提供全面的多核優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)器件提供的全部功能;

3. 由一系列器件組成，支持縮放與重復(fù)使用。

當(dāng)前的多核器件或采用同質(zhì)內(nèi)核，即所有處理內(nèi)核都是相同的;或采用異質(zhì)內(nèi)核，即器件由不同類型的內(nèi)核組成。幾乎所有應(yīng)用都需要混合搭配的處理功能來(lái)滿足行業(yè)需求。從開(kāi)發(fā)人員角度看，重點(diǎn)是支持同質(zhì)內(nèi)核，因?yàn)楫愘|(zhì)系統(tǒng)架構(gòu)可通過(guò)同質(zhì)器件創(chuàng)建。反之，如果不犧牲性能就很難實(shí)現(xiàn)。圖 1(下圖)是作為異質(zhì)多核架構(gòu)實(shí)例的德州儀器 (TI) KeyStone 多核架構(gòu)。

圖 1：德州儀器 KeyStone 多核架構(gòu)

多核 DSP 支持的并行處理功能可為要求嚴(yán)格的軍事應(yīng)用提供重要功能。雷達(dá)要求更快的 FFT 響應(yīng)時(shí)間，根據(jù) FFT 要求，開(kāi)發(fā)人員可使用器件中的所有內(nèi)核或部分內(nèi)核滿足 FFT 的實(shí)施需求。如果 FFT 的性能使用部分內(nèi)核即可實(shí)現(xiàn)，其它 DSP 內(nèi)核則可執(zhí)行系統(tǒng)中的信號(hào)預(yù)處理或后處理，或者其它任務(wù)。圖 2 所示即為并行 FFT 示例。采用可充分發(fā)揮多核優(yōu)勢(shì)的軟件工具可為正在進(jìn)行的設(shè)計(jì)判定最佳內(nèi)核配置(內(nèi)核數(shù)量)。這樣開(kāi)發(fā)人員就可高度靈活地滿足多重應(yīng)用需求。

圖 2：4 DSP 并行 FFT 實(shí)施

多核 DSP 目前正處于快速發(fā)展階段。德州儀器等半導(dǎo)體公司提供的最新多核 DSP 采用通用架構(gòu)，不但可幫助開(kāi)發(fā)人員重復(fù)使用軟件，而且還可為設(shè)備制造商節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。多核 DSP 正在成為聲納、雷達(dá)、SIGINT 以及 SDR 應(yīng)用的主要差異化因素，并正在為當(dāng)前及未來(lái)信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)令人振奮的全新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。