DSP가 하드웨어 가속기를 능가하는 경우

임베디드 CPU는 유연성과 함께 상당히 우수한 성능, 저전력, 일반적으로 훨씬 저렴한 비용을 제공하기 때문에 거의 모든 곳에서 인기를 얻었습니다. 맞춤형 하드웨어에 결합된 별도의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러가 필요한 솔루션과 비교할 때 임베디드 CPU 기반 설계로 전환하는 것은 쉬운 일이었습니다. 그러나 모든 종류의 CPU에는 한계가 있습니다. 알고리즘을 소프트웨어로 옮길 수 있지만 알고리즘의 잠재적 복잡성은 무한합니다. 우리가 프로그램을 작성할 수 있고 실행될 것입니다. 그러나 반드시 수용 가능한 시간 내에 또는 합리적인 전력 예산 내에서 그런 것은 아닙니다.

출처:CEVA

이것이 마이크로프로세서 제조업체가 CPU의 소프트웨어에서 실행할 때보다 훨씬 빠르게 부동 소수점 산술과 같은 일반적으로 필요한 작업을 수행할 수 있는 하드웨어 기능인 하드웨어 가속기의 개념을 신속하게 제시한 이유입니다. 이 아이디어는 빠르게 받아들여졌고 암호화, 정규식 처리 및 그래픽 기능을 위한 다른 가속기가 등장하기 시작했습니다.

이 모든 것이 잘 작동하지만 소프트웨어 기반 솔루션의 한 가지 중요한 이점을 희생합니다. 구현이 대부분 하드 코딩되어 있기 때문에 수정하기 어렵습니다. 가속기는 레지스터 제어를 통해 일부 제한된 수준의 조정을 허용할 수 있지만 그렇지 않으면 버그를 수정하거나 알고리즘을 변경해야 하는 경우 하드웨어를 다시 설계해야 합니다. 현장 실패 및 진화하는 시장 요구에 대응하는 데 훨씬 더 많은 비용이 소요됩니다.

당신이 진정 원하는 것은 두 세계의 최고입니다. 소프트웨어에서 이러한 알고리즘을 정의할 수 있는 동시에 알고리즘을 가속화하는 방법입니다. 물론 가능한 모든 알고리즘의 범위는 무한하므로 모든 경우에 대해 하나의 솔루션이 있을 가능성은 없습니다. 그러나 매우 일반적으로 사용되는 상당한 기능 세트의 경우 DSP가 정확히 이 솔루션을 제공할 수 있습니다.

스트리밍 데이터에서 작동해야 하는 거의 모든 작업을 고려하십시오. 필터링에서 PDM-PCM 변환, 음향 반향 제거에 이르기까지 오디오 처리에서 명백한 예를 찾을 수 있습니다. 또는 SNOW 및 ZUC(LTE에서 사용)와 같은 스트림 기반 암호에 대해 생각해 보십시오. 신호 처리 맥락에서 기지국과 휴대폰 간의 채널 추정에 대해 생각해 보십시오. 이것은 최대의 신뢰성을 위해 현재 조건에 대한 전송을 최적화하는 것을 목표로 하며 수신된 신호에 대한 복잡한 행렬 계산이 필요합니다. 더 일반적으로 AES 암호화와 같이 매우 광범위한 병렬 처리의 이점을 얻을 수 있는 모든 응용 프로그램에 대해 생각해 보십시오.

스트리밍 계산, 복잡한 수학(행렬, 부동 소수점) 및/또는 높은 수준의 병렬 처리는 DSP가 빛나는 모든 영역이며 하드웨어 가속기의 대안으로 심각하게 고려해야 합니다. 구현은 또한 많은 경우에 하드 코딩된 가속기보다 작아서 제품의 단가를 낮춥니다. 전력에 관해서는 가속기가 DSP 구현보다 약간 낮을 수 있지만 DSP 전력은 여전히 ​​CPU 기반 동등물보다 훨씬 낮습니다. 더 나아가 여러 가속 기능을 DSP에 통합하여 이러한 가속이 동시에 실행될 필요가 없는 경우 여러 가속기가 필요하지 않을 수 있습니다. 멀티코어 CPU를 사용하는 것처럼 멀티코어 DSP를 사용하면 더 많은 처리 성능을 얻을 수 있습니다.

출처:CEVA

가장 중요한 것은 DSP 구현이 CPU 코어와 마찬가지로 C로 프로그래밍할 수 있다는 것입니다. 예를 들어 병렬 처리를 위해 최적화하려면 몇 가지 작업을 약간 다르게 수행해야 하지만 DSP를 위한 우수한 컴파일러와 모델링 시뮬레이터를 사용하면 이 작업을 비교적 쉽게 수행할 수 있습니다. 따라서 기본 하드웨어를 변경할 필요 없이 버그 수정 및 제품 업그레이드의 모든 이점을 얻을 수 있습니다. 개선된 고객 만족도 및 개선된 수익원. 나쁘지 않습니다.

또 다른 장점이 있습니다. 프로세서로서 여러 기능을 지원할 수 있습니다. 글로벌 위치 표준이자 DSP 기반 계산의 이점을 크게 활용하는 기능인 GNSS를 고려하십시오. 이것은 확실히 모바일 장치에 있어야 하는 좋은 기능이지만 이제 고정 장치에 대한 GNSS의 붐이 있어 프로비저닝, 업데이트 및 유지 관리를 단순화합니다. 장치가 이미 DSP를 활성화한 경우 GNSS는 일부 공급업체의 소프트웨어 추가 기능일 수 있으며 다른 기능이 휴면 상태일 때 조용한 시간에 실행할 수 있습니다. 하드웨어 기반 GNSS가 이미 있거나 추가할 계획이라면 면적과 전력을 모두 절약할 수 있습니다.

DSP 구현이 모든 하드웨어 가속기를 반드시 대체할 수 있다고 제안하는 것은 아닙니다. 일부 가속기 기능은 DSP의 장점에 적합하지 않을 수 있습니다. 그리고 일부는 특정 범위에 맞을 수 있지만 그 범위를 벗어나지는 않습니다. 예를 들어 매우 큰 필터에 대한 유일한 옵션은 여전히 ​​고정 배선된 구현일 수 있습니다. 그러나 DSP가 성능 및 전력면에서 동등한 하드웨어 가속기에 가까워지고 실제로 비용면에서 더 나을 수 있으며 하드웨어 버전보다 무한히 더 많은 유연성을 갖는 많은 기능을 남깁니다. 고려해 볼 가치가 있습니다.

이 블로그는 "왜 DSP가 갑자기 어디에나 있는 이유로 시작한 시리즈의 두 번째 블로그입니다. " 그리고 세 번째 블로그인 "의사결정, 결정:하드웨어 가속기 또는 DSP?로 끝맺습니다. ".