Выбор между аппаратными ускорителями и DSP: практическое руководство

В первых двух постах я объяснил, почему цифровые сигнальные процессоры (DSP) все чаще заменяют кастомные аппаратные ускорители (HWA). Эта статья предлагает конкретный фреймворк, помогающий решить, подходит ли DSP или HWA для вашего следующего проекта.

DSP сияют в приложениях, требующих тяжелой математической работы — модемы, аудио, радары для автономных авто, глобальные спутниковые навигационные системы (GNSS). Они могут выполнять те же задачи обработки сигналов, что и выделенный HWA, но в софте. Это приносит два ключевых преимущества: большую гибкость для адаптации к эволюционирующим стандартам и способность упаковать множество ускорителей на один процессор, снижая стоимость и площадь кристалла.

Рассмотрим GPS, GLONASS, Galileo и BeiDou. Жестко зашитый GPS HWA может быть быстрым, но ограничивает вас одной конstellацией. Запуск тех же алгоритмов на DSP позволяет поддерживать все четыре системы без редизайна железа, просто обновляя прошивку.

Как DSP состоится против кастомного HWA по производительности? Пройдемся по распространенному сценарию: NB-IoT устройство, которое должно закончить всю физическую-слой обработку, L1 контрольный код и протоколный стек в пределах 1 мс субфрейма. На 100 МГц процессор имеет 100 000 циклов для работы.

Чтобы оценить, может ли DSP встретить этот дедлайн, партнерьтесь с вендором встроенного DSP, который уже предоставляет бенчмаркнутый софт для вашего целевого приложения. Они дадут вам кривую циклов — каждая точка показывает циклы, нужные для данной нагрузки, нанесенную против пиковых циклов, разрешенных на вашей выбранной частоте.

(Источник: CEVA)

Эта кривая позволяет увидеть, оставляет ли ваша целевая частота достаточно запаса или нужно поднять тактовую, учитывая, что более высокая частота увеличивает площадь и потребление.

Оценка потребления также проста. Разделите рабочую нагрузку на контрольный код (универсальная логика) и DSP код (параллельные MAC-блоки, векторные операции). Типичный сплит — 40% контроль, 60% DSP. Если вендор котирует 2 мВт для контроля и 4 мВт для DSP на 100 МГц, и ваш DSP работает на 50% средней активности, среднее потребление:

(0.4 × 2 мВт + 0.6 × 4 мВт) × 0.5 = 1.6 мВт.

С этими оценками вы можете уверенно оценить, соответствует ли DSP вашим целям по латентности и мощности. Если запас большой, вы можете мигрировать больше функций на DSP или добавить фичи вроде multi-constellation GNSS. Если нет — возможно, нужно поднять частоту или рассмотреть гибридный подход.

Кратко, DSP предлагает гибкий, стоимостно-эффективный путь, который может сравняться или превзойти кастомный аппаратный ускоритель, особенно когда future-proofing и быстрые обновления фич — приоритеты.