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多媒體應(yīng)用處理器效能強(qiáng)化關(guān)鍵

作者: 時(shí)間:2012-07-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

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本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/165259.htm

行動終端裝置由于廣泛,而且對質(zhì)量的要求更甚以往,例如,2D顯示提升為3D顯示,而同時(shí)進(jìn)行影音、通訊、導(dǎo)航…等任務(wù),已是基本!從基頻外分出專用應(yīng)用,甚至還必須大規(guī)模多媒體應(yīng)用處理器,應(yīng)付日漸繁重的處理需求…

圖說:行動終端裝置應(yīng)用愈來愈豐富,但系統(tǒng)能應(yīng)用的資源卻相對有限,如何讓裝置展現(xiàn)最佳多媒體呈現(xiàn)效果?處理器架構(gòu)與絕對是重要!時(shí)下如PDA、PMP、PND…都需要極高運(yùn)算支持,架構(gòu)最佳化多媒體應(yīng)用處理器與系統(tǒng)環(huán)境,已是這類行動裝置實(shí)用價(jià)值的重要基礎(chǔ)…

多媒體應(yīng)用處理器效能強(qiáng)化關(guān)鍵

手機(jī)、數(shù)字電視、數(shù)字相機(jī)、個(gè)人導(dǎo)航裝置(PND)、可攜式播放機(jī)(PMP)…等,處理原本主要用途的組件,稱為基頻處理器(Baseband Processor),不過在多媒體運(yùn)用,特別是愈強(qiáng)調(diào)質(zhì)量的影音播放用途,已超越基頻處理器的處理能力,因此,多媒體應(yīng)用處理器(Multimedia Application Processor),成為行動裝置中協(xié)同處理器一員。

換言之,多媒體應(yīng)用處理器原本只是行動裝置內(nèi)眾多處理器的1種,以手機(jī)為例,內(nèi)部處理器根據(jù)IDC定義,有高階多媒體應(yīng)用處理器(High-End Multimedia Application Processor)、基頻或整合式基頻處理器(Integrated Baseband Processor)、操作系統(tǒng)應(yīng)用處理器(OS Application Processor)、多媒體應(yīng)用處理器(Multimedia Applications Processor)、多媒體協(xié)同處理器(Multimedia Co-processor)、相機(jī)影像協(xié)同處理器(Camera Coprocessor)、及LCD屏幕控制器(LCD Controller)等7種。

上述眾處理器中,現(xiàn)今多媒體應(yīng)用無論質(zhì)與量都與時(shí)俱進(jìn)的市場趨勢,多媒體應(yīng)用處理器在許多原本并非職司此道的行動裝置上,反成了重要組件!其設(shè)計(jì)與發(fā)展趨勢足以影響行動裝置整體表現(xiàn)。

高質(zhì)量多媒體應(yīng)用漸多 多媒體應(yīng)用處理器效能

多媒體應(yīng)用處理器發(fā)展迄今,第1個(gè)重要的設(shè)計(jì)方向,便是效能。作法分為2類,其一是在原本架構(gòu)上,作更進(jìn)一步加強(qiáng)、調(diào)校,直接的作法是提升頻率,并非線性提升,更重視每頻率所能帶來的效率(如MIPS或DMIPS/MHz),所以,微架構(gòu)調(diào)整也相當(dāng)重要。

多媒體應(yīng)用處理器微架構(gòu)強(qiáng)化方向相當(dāng)多,舉例而言,使用更高效率超純量管線(Super-scale Pipeline),讓單一頻率能執(zhí)行多重指令;強(qiáng)化浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU),如加快單倍與雙倍精準(zhǔn)度純量運(yùn)算作業(yè)速度,并加入額外16位浮點(diǎn)運(yùn)算數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換指令,增進(jìn)與嵌入型3D處理器間數(shù)據(jù)交換速度;內(nèi)建多媒體處理單元(Media Processor Engine),支持SIMD運(yùn)作模式,如每周期能處理8、16、32位整數(shù)與32位浮點(diǎn)運(yùn)算數(shù)據(jù),甚至支持混合數(shù)據(jù)類型,排除封裝/解封裝耗費(fèi)的資源,及結(jié)構(gòu)化加載/儲存功能,讓數(shù)據(jù)不必于演算格式與機(jī)械格式間來回轉(zhuǎn)換。

在微架構(gòu)外部方面,可強(qiáng)化與內(nèi)存間存取效率,如加大快取容量/頻寬、降低遲延,解決L1/L2快取間的一致性問題,例如,設(shè)立1個(gè)偵測控制單元(Snoop Control Unit;SCU)然而,任何接觸內(nèi)存中的關(guān)聯(lián)區(qū)域存取,SCU都將進(jìn)行監(jiān)控,測試要求的信息是否已儲存在處理器L1快取中,若信息已存于快取內(nèi),就直接傳回發(fā)出要求組件,否則會利用最佳化算法,盡量使數(shù)據(jù)盡可能利用L2快取,藉此排除直接寫入芯片外部內(nèi)存衍生的功耗,并提高整體效能。

單核心最佳化,面臨多任務(wù)處理時(shí)發(fā)生瓶頸,例如,1個(gè)行動終端可能同時(shí)進(jìn)行視訊/音訊播放、導(dǎo)航定位、數(shù)據(jù)庫搜尋、無線傳輸…等工作,效能再強(qiáng)大的單一多媒體應(yīng)用處理器,往往也因此捉襟見肘,所以,多核心成最佳解決方案。不過此處必須說明,這里談的并非基頻/多媒體應(yīng)用處理器封裝在一起的異質(zhì)多核心架構(gòu),而是多媒體應(yīng)用處理器本身就采用同質(zhì)多核心運(yùn)作。

多核心架構(gòu)帶來效能提升,在軟件支持環(huán)境下,利用新增指令讓多核心處理器于程序執(zhí)行時(shí),動態(tài)從超純量執(zhí)行切換成執(zhí)行多個(gè)并行執(zhí)行緒,建立程序內(nèi)執(zhí)行多執(zhí)行緒機(jī)制,僅雙核心針對譯碼MPEG-2效能,就比單核心提高52%!不過,多核心真正的價(jià)值,除直接效能性提升外,更重要的是多核心處理器還能充分利用不同應(yīng)用指令間的平行處理(Instruction-Level Parallelism;ILP)和執(zhí)行緒階層平行化(threading-Level Parallelism;TLP),換言之,具較高ILP與TLP應(yīng)用,對于多核心架構(gòu)適應(yīng)力較高,效能提升幅度也會更大。

至于采多核心的負(fù)面影響,則分為硬件與軟件方面。硬件方面是在寸土寸金的行動終端裝置,多了1組核心,就表示多1倍晶體管,但多數(shù)應(yīng)用環(huán)境中,效能卻并非等比提升1倍,但目前半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步,多核設(shè)計(jì)可有程度不等的晶體管共享(如L2快取或內(nèi)存邏輯控制電路共享…等),降低多核芯片尺寸與功耗。

反而軟件問題比較復(fù)雜,例如,多個(gè)執(zhí)行緒甚至應(yīng)用程序存取同1個(gè)內(nèi)存區(qū)塊問題,如果,某1個(gè)程序沒有針對多核心運(yùn)作最佳化,可能就會讓系統(tǒng)不穩(wěn)定,因此,因應(yīng)多核環(huán)境修正嵌入式軟件與針對多核心最佳化,是目前推展多核心多媒體應(yīng)用處理器頗大的阻礙。

不過,總體來看,就如同x86處理器在頻率發(fā)展遭遇高耗能與高熱瓶頸后,即透過多核心抒解的發(fā)展軌跡,多媒體應(yīng)用處理器采多核心抒解性能瓶頸,也是必然趨勢,不過多核心對于芯片面積更為敏感,因此,半導(dǎo)體制程進(jìn)展成為開發(fā)。此外,多核心架構(gòu)的省電機(jī)制設(shè)計(jì)也相當(dāng)重要,如果分配得宜,能比單核心更省電、且效能更高。

多媒體應(yīng)用處理器設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)

圖說:多媒體應(yīng)用處理器設(shè)計(jì)的首要目標(biāo),是彈性架構(gòu)與效能強(qiáng)化,以適應(yīng)各種裝置需求。(Toshiba)

多核心運(yùn)作可強(qiáng)化處理器架構(gòu)

圖說:多核心運(yùn)作可強(qiáng)化處理器架構(gòu),也是多媒體應(yīng)用處理器設(shè)計(jì)趨勢,但軟件支持度仍有待考驗(yàn)。(ARM)


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