面對(duì)算法越來(lái)越復(fù)雜 DSP有點(diǎn)力不從心
DSP（數(shù)字信號(hào)處理）自1965年由Cooley和Tukey提出DFT（離散傅里葉變換）的FFT（高效快速算法）以來(lái),已有近40年的歷史。憑借其對(duì)數(shù)字信息的處理速度快、數(shù)據(jù)量大、效率高的優(yōu)勢(shì)及DSP廠商不斷的技術(shù)應(yīng)用研究突破，已經(jīng)在語(yǔ)音與圖象處理、信息的壓縮與編碼、信號(hào)的調(diào)制與調(diào)解、信道的辨識(shí)與均衡、各種智能控制與移動(dòng)通訊、嵌入式等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而，似乎科學(xué)技術(shù)總存在一種規(guī)律，隨著應(yīng)用的不斷拓展，一項(xiàng)技術(shù)總會(huì)達(dá)到它的應(yīng)用瓶頸。
“在20世紀(jì)70年代當(dāng)時(shí)我們的驅(qū)動(dòng)是音頻的關(guān)系，當(dāng)時(shí)用微處理器或者是微控制器就綽綽有余了，可是進(jìn)入了20世紀(jì)80年代的時(shí)候，這些比較傳統(tǒng)的專業(yè)的DSP芯片就出現(xiàn)了，可是進(jìn)入到現(xiàn)在或者未來(lái)，三網(wǎng)合一，就是音、數(shù)據(jù)，還有影像結(jié)合，對(duì)DSP的要求就相對(duì)的提高了非常多，這時(shí)就需要DSP和FPGA協(xié)作來(lái)夠滿足應(yīng)用的需求。”賽靈思（Xilinx）亞太區(qū)市場(chǎng)營(yíng)銷董事鄭馨南在新產(chǎn)品推介會(huì)上以通信領(lǐng)域?yàn)槔仡橠SP應(yīng)用歷史及發(fā)展趨勢(shì)。
據(jù)業(yè)內(nèi)一些教授、專家分析，隨著算法變得越來(lái)越復(fù)雜，由于傳統(tǒng)處理器架構(gòu)性能上的局限性，目前專業(yè)性的器件所能達(dá)到的功能差不多在5GMACS的程度，可是再向上走的一些應(yīng)用所需要的功能，或者一些性能，傳統(tǒng)的DSP則顯得有些力不從心了。而FPGA在DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中開(kāi)始扮演重要角色。FPGA能夠利用并行結(jié)構(gòu)在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成復(fù)雜算法，從而顯著提高產(chǎn)品性能、成本、功耗、靈活性、上市時(shí)間以及產(chǎn)品壽命。
對(duì)于DSP的這個(gè)性能差距的問(wèn)題，一些DSP廠商也在做著努力，已經(jīng)推出了多核DSP方案以增強(qiáng)處理能力。例如，DSP市場(chǎng)引領(lǐng)者德州儀器在近推出的兩款用于無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施的多核DSP方案中，就包括了一個(gè)6核方案。
針對(duì)一些DSP廠商推出多核DSP方案，賽靈思公司中國(guó)區(qū)運(yùn)營(yíng)總經(jīng)理兼亞太區(qū)處理解決方案部總監(jiān)吳曉東說(shuō)：“在這個(gè)方面我的看法是，個(gè)他們往上走我們往下來(lái)覆蓋，這是一個(gè)趨勢(shì)，大家都是為了滿足客戶應(yīng)用的要求，怎樣能夠更好地去提供更多的選擇。以前是一個(gè)單一的選擇，而現(xiàn)在客戶就有多種選擇了。”
“他往上走是可以理解，但在這個(gè)過(guò)程中他也碰到了很多的挑戰(zhàn)，因?yàn)楹伺c核之間是很復(fù)雜的，而且還要在一個(gè)平臺(tái)下去支持，所以它并不是一個(gè)真正并行的結(jié)構(gòu)。而FPGA天生就是一個(gè)并行，你有多少個(gè)都是可以靈活選擇讓它去并行去處理、去運(yùn)營(yíng)，而且可以比較靈活地選誰(shuí)工作，誰(shuí)不工作。另外在價(jià)格上，多核方案由于使用了多個(gè)DSP處理器，成本又上去了。”吳先生補(bǔ)充道。
FPGA來(lái)突破DSP性能極限
今年2月份賽靈思發(fā)布了為實(shí)現(xiàn)高DSP性能的Virtex—5 SXT FPGA。4月份開(kāi)始進(jìn)入量產(chǎn)的階段，這個(gè)Virtex—5SXT目前有三個(gè)器件，分別是即入門(mén)級(jí)的SX35T、中檔的SX50T和高端的SX95T。性能可達(dá)到352GMACS。
賽靈思此次發(fā)布的是針對(duì)低成本應(yīng)用的DSP器件，Spartan-3A DSP平臺(tái)的兩款器件 3SD3400A和3SD1800A分別可以提供超過(guò)30 GMACS/2200 Gbps存儲(chǔ)器帶寬和20 GMACS/1500 Gbps存儲(chǔ)器帶寬。Spartan-3A DSP架構(gòu)的核心是新的成本優(yōu)化的XtremeDSP邏輯片 (DSP48A)，可支持設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)許多獨(dú)立的算法功能。該架構(gòu)還支持將多個(gè)DSP48A邏輯片連接起來(lái)完成寬輸入數(shù)學(xué)運(yùn)算功能、DSP濾波器以及復(fù)雜算術(shù)功能，不需要使用通用邏輯構(gòu)造資源。因此可以降低功耗，提供極高性能并可高效率地利用硅片面積和資源。與其它高性能可配置器件相比，新推的DSP48A邏輯片可將通用FIR濾波器的功耗降低多達(dá)50%。
針對(duì)應(yīng)用方面，鄭馨南介紹到：“作為Spartan-DSP系列中的個(gè)平臺(tái)，Spartan-3A DSP與性能更高的Virtex-DSP系列形成互補(bǔ)。Spartan-3A DSP在中低檔方面的應(yīng)用比如說(shuō)超聲波、Pico/Femto基站，消費(fèi)視頻、視頻監(jiān)控、移動(dòng)軟件定義無(wú)線電。當(dāng)然的時(shí)候，尤其是對(duì)高清晰的影像處理比較苛刻的要求的時(shí)候，我們的Virtex—DSP就可以應(yīng)用到那邊去。比如說(shuō)3D醫(yī)療成像、基站、HD高頻、視頻廣播、雷達(dá)和聲納系統(tǒng)、高清晰視頻的監(jiān)控等等。”
吳曉東稱：Spartan—DSP將在今年七月份生產(chǎn)，現(xiàn)在任何時(shí)候都有3400A的樣片，客戶可以從3400A先設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)以后整個(gè)功能驗(yàn)證完了，把它優(yōu)化到1800A，就進(jìn)一步降低成本。 現(xiàn)在賽靈思有完整的產(chǎn)品系列（Spartan—DSP、Virtex—4、Virtex—5），開(kāi)發(fā)工具現(xiàn)在也非常完整，能夠給客戶提供一個(gè)很完整的支持。
目前協(xié)助應(yīng)用 未來(lái)存在競(jìng)爭(zhēng)
在目前的DSP應(yīng)用中，F(xiàn)PGA主要是作DSP處理器的協(xié)處理器，但從賽靈思現(xiàn)有的針對(duì)DSP應(yīng)用的產(chǎn)品線來(lái)看，從低端到高端都有覆蓋。未來(lái)FPGA跟DSP會(huì)不會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)或是取代DSP呢？對(duì)此觀點(diǎn)，吳曉東表示這將是一種共存互補(bǔ)的關(guān)系，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的DSP跟FPGA它們兩個(gè)不同的架構(gòu)，一個(gè)串行的架構(gòu)，一個(gè)是并行的架構(gòu)，串行有串行的用法，有它應(yīng)用的環(huán)境，并行有并行的應(yīng)用環(huán)境。所以你只有把它放在適合的環(huán)境才能夠得到的組合均衡。
盡管目前FPGA和DSP間是協(xié)作互補(bǔ)關(guān)系，但隨著DSP處理器通過(guò)采用提高時(shí)鐘頻率和多核提升性能，相信兩者之間的競(jìng)爭(zhēng)將在所難免。