DSPがハードウェアアクセラレータに勝ったとき

組み込みCPUは、柔軟性に加えて、非常に優れたパフォーマンスと低電力、そして通常ははるかに低コストであるため、ほとんどすべての場所で採用されました。カスタムハードウェアに結合された個別のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを必要とするソリューションと比較した場合、組み込みCPUに基づく設計への切り替えは簡単でした。しかし、どのような種類のCPUにも制限があります。アルゴリズムをソフトウェアに移行することはできますが、アルゴリズムの潜在的な複雑さには限りがありません。プログラムを作成して実行することはできますが、必ずしも許容できる時間内または妥当な電力バジェット内で実行できるとは限りません。

出典：CEVA

そのため、マイクロプロセッサメーカーは、ハードウェアアクセラレータの概念をすぐに思いつきました。これは、CPU上のソフトウェアで実行する場合よりもはるかに高速に、浮動小数点演算などの一般的に必要なタスクを実行できるハードウェア関数です。このアイデアはすぐに理解され、暗号化、正規表現処理、グラフィックス機能などのアクセラレータがほんの数例として登場し始めました。

これらはすべて非常にうまく機能しますが、ソフトウェアベースのソリューションの重要な利点の1つを犠牲にします。実装はほとんどハードコーディングされているため、変更が困難です。アクセラレータは、レジスタ制御を介して限られたレベルの調整を可能にする場合がありますが、それ以外の場合、バグを修正したり、アルゴリズムを変更したりする必要がある場合は、ハードウェアを再設計する必要があります。現場の失敗や進化する市場の需要への対応は、はるかに高額になります。

本当に必要なのは、両方の長所です。ソフトウェアでアルゴリズムを定義しながら、アルゴリズムを高速化する方法です。もちろん、考えられるすべてのアルゴリズムの範囲は無限であるため、すべての場合に1つの解決策があるとは限りません。しかし、非常に一般的に使用される機能の実質的なセットに対して、DSPはまさにこのソリューションを提供できます。

ストリーミングデータで機能する必要のあるほとんどすべての操作を検討してください。明らかな例は、フィルタリングからPDM-PCM変換、音響エコーキャンセレーションまで、オーディオ処理に見られます。または、SNOWやZUC（LTEで使用）などのストリームベースのサイファーについて考えてみてください。信号処理のコンテキストでは、基地局と携帯電話の間のチャネル推定について考えてください。これは、最大の信頼性を得るために現在の状態への送信を最適化することを目的としており、受信信号に対して複雑な行列計算を必要とします。さらに一般的には、AES暗号化など、非常に幅広い並列処理の恩恵を受けることができるアプリケーションについて考えてみてください。

ストリーミング計算、複雑な数学（行列、浮動小数点）、および/または高レベルの並列処理はすべて、DSPが優れている分野であり、ハードウェアアクセラレータの代替として真剣に検討する必要があります。多くの場合、実装はハードコードされたアクセラレータよりも小さくなり、製品の単価が下がります。電力に関しては、おそらくアクセラレータはDSP実装よりも少し低くなりますが、DSP電力はCPUベースの同等のものよりもはるかに低くなります。さらに良いことに、これらのアクセラレーションを同時に実行する必要がない場合は、複数のアクセラレーション機能をDSPに統合して、複数のアクセラレーターを不要にすることができます。さらに処理能力を高めるには、マルチコアCPUを使用できるのと同じように、マルチコアDSPを使用できます。

出典：CEVA

最も重要なのは、DSPの実装がCPUコアと同じようにCでプログラム可能であることです。たとえば、並列処理を最適化するために、少し異なる方法でいくつかのことを行う必要がありますが、DSP用の優れたコンパイラとモデリングシミュレータを使用すると、これを比較的簡単に行うことができます。したがって、基盤となるハードウェアを変更することなく、バグ修正と製品のアップグレード可能性のすべての利点を得ることができます。顧客満足度の向上と収益源の向上。悪くない。

もう1つの利点があります。プロセッサとして、複数の機能をサポートできます。 GNSS、グローバルロケーション標準、およびDSPベースの計算から大幅に恩恵を受ける関数を検討してください。これは確かにモバイルデバイスに備わ​​っている優れた機能ですが、プロビジョニング、更新、およびメンテナンスを簡素化するために、固定デバイスのGNSSもブームになっています。デバイスですでにDSPが有効になっている場合、GNSSは一部のベンダーのソフトウェアアドオンであり、他の機能が休止している静かな時間帯に実行できます。すでにハードウェアベースのGNSSを使用している場合、またはGNSSを追加することを計画している場合は、面積と電力の両方を節約できます。

DSPの実装が必ずしもすべてのハードウェアアクセラレータに取って代わることができると言っているわけではありません。一部のアクセラレータ機能は、DSPの長所にうまく適合しない場合があります。また、一部は特定の範囲内に収まる場合がありますが、その範囲外には収まりません。たとえば、非常に大きなフィルターの唯一のオプションは、ハードワイヤードの実装である可能性があります。しかし、それは、DSPがパフォーマンスとパワーで同等のハードウェアアクセラレータに近づき、実際にはコストで優れている可能性があり、ハードウェアバージョンよりも無限に柔軟性がある多くの機能を残します。検討する価値があります。

このブログは、「 DSPが突然どこにでもある理由」で始まったシリーズの2番目です。 」と3番目のブログで締めくくります：「決定、決定：ハードウェアアクセラレータまたはDSP？ 」。