Entscheidungen, Entscheidungen:Hardwarebeschleuniger oder DSP?

In meinen ersten beiden Blogs zu diesem Thema habe ich darüber gesprochen, warum DSPs plötzlich überall auftauchen und warum sie insbesondere einige benutzerdefinierte Hardwarebeschleuniger (HWA) als flexiblere und zukunftssichere Option verdrängen. In diesem Blog möchte ich über eine detailliertere Analyse sprechen, die Sie verfolgen können, um zu entscheiden, ob Sie über eine DSP- statt einer HWA-Implementierung nachdenken sollten.

(Quelle:CEVA)

Ich habe im letzten Blog einige der idealen Anwendungen für DSPs erwähnt. Signalverarbeitung für Modem- oder Audiosignale sind offensichtliche Beispiele. Ein weiteres sehr häufiges Beispiel ist die Signalverarbeitung in Radaren für autonome Autos, die der Signalverarbeitung in einem Modem sehr ähnlich ist. Viele davon wurden um einen Hardwarebeschleuniger in Kombination mit einem kleinen Controller herum gebaut. Wir sehen jetzt einen signifikanten Trend bei diesen Lösungsanbietern, auf Architekturen umzusteigen, bei denen mehr Funktionalität auf Software basiert, die auf einem DSP läuft, und die die derzeit von der HWA verwaltete Signalverarbeitung und sogar eine gewisse Kontrolle kombiniert. Die Begründung ist einfach:Software bietet mehr Flexibilität in der Funktionalität und eine viel kostengünstigere und schnellere Möglichkeit, sich an sich entwickelnde Kommunikationsstandards anzupassen.

Die globale Positionierung ist eine weitere Anwendung, die in diesem Fall die mathematischen Fähigkeiten von DSPs für die Triangulationsberechnungen stark nutzt. Sie könnten zunächst denken, dass GPS-Unterstützung alles ist, was Sie brauchen, und vielleicht können Sie eine wirklich schnelle Implementierung in einem Hardwarebeschleuniger aufbauen. Im globalen GNSS-Standard müssen Sie jedoch auch die Unterstützung für GLONASS (Russland), Galileo (Europa) und BeiDou (China) berücksichtigen. Eine fest verdrahtete Implementierung für GPS kann Ihre Märkte unnötig einschränken, da die Unterstützung aller Varianten in Software erreicht werden kann, wenn Sie einen DSP verwenden.

So weit, im Prinzip so gut, aber wie verhält sich eine DSP-Implementierung im Vergleich zu einer benutzerdefinierten Hardwareimplementierung? Ich veranschauliche heute ein beliebtes Beispiel:Angenommen, Sie erstellen eine IoT-Anwendung und planen, NB-IoT für die Kommunikation zu verwenden. Die Unterrahmenlänge beträgt 1 ms, was eine Begrenzungsgrenze für eine bestimmte Verarbeitung definiert, die innerhalb dieser Zeit abgeschlossen werden muss. In diesem Beispiel würde dies die Algorithmen der physikalischen Schicht, den L1-Steuercode und den Protokollstapel umfassen. Bei einer typischen DSP/NB-IoT-Plattform mit geringem Stromverbrauch, die mit 100 MHz läuft, bietet 1 ms 100.000 Zyklen, um diese Berechnungen abzuschließen.

Um abzuschätzen, welche Leistung Sie von einer gleichwertigen DSP-Implementierung erwarten können, müssen Sie mit einem Anbieter von eingebetteten DSPs zusammenarbeiten. Ein solches Unternehmen sollte auf seinen Plattformen bereits Softwarelösungen für vielfältige Anwendungen anbieten, die sich durch Leistung und Leistung auszeichnen. Für die Leistung sollten sie in der Lage sein, Ihnen eine Schätzung der Zyklenzahl für Ihre Funktion, in diesem Fall ein NB-IoT-Modem, und eine Grafik ähnlich der folgenden zu liefern. Jeder Punkt im Diagramm stellt die Anzahl der Zyklen dar, die zur Ausführung erforderlich sind, und das Diagramm wird über einen sich zeitlich ändernden Lastbereich hinweg grafisch dargestellt. Das Diagramm sollte auch die zulässigen Spitzenzyklen bei einer ausgewählten Betriebsfrequenz anzeigen.

(Quelle:CEVA)

Jetzt haben Sie eine Methode, um abzuschätzen, ob Ihre Anwendungslast bei dieser Frequenz funktioniert oder ob Sie die Frequenz möglicherweise erhöhen müssen, um mehr Spielraum zu haben. Natürlich basiert diese Schätzung auf der Softwareimplementierung des Anbieters, obwohl es vernünftigerweise zu erwarten ist, dass sie ziemlich gut abgestimmt ist. Sie müssen sich nicht verpflichten, ihre Software zu verwenden, aber die Schätzung sollte gut genug sein, um Ihre Entscheidungsfindung zu leiten.

Wenn Sie bei Ihrer bevorzugten Betriebsfrequenz viel Headroom haben, können Sie vielleicht mehr HWA-Funktionen auf den DSP verlagern oder vielleicht weitere differenzierende Funktionen wie GNSS-Standortunterstützung hinzufügen. Wenn Sie andererseits die Frequenz erhöhen müssen, um die Latenzanforderungen zu erfüllen, ist dies auch möglich, obwohl Sie berücksichtigen sollten, dass eine Erhöhung der Frequenz die Fläche und den Stromverbrauch erhöht.

Ein schneller Weg, um eine Schätzung der Leistung zu erhalten, besteht darin, zu prüfen, wie viel von der Software in echten DSP-Code unter Verwendung von Parallelität, MAC-Einheiten usw. Zweckcode-Aufruffunktionen, Entscheidungen treffen und andere Standardoperationen. Sie können diese Aufteilung normalerweise im Auge behalten, sagen wir 40 % Steuercode und 60 % DSP-Code. Ein DSP-Anbieter stellt für diese beiden Fälle häufig typische Leistungszahlen zur Verfügung, beispielsweise 2 mW für Steuercode und 4 mW für DSP-Code (jeweils bei 100 MHz). Berücksichtigen Sie bei Ihrer Berechnung die durchschnittliche Aktivität des DSP, beispielsweise 50 % der Frequenz. In diesem Beispiel würden Sie also (0,4 * 2 + 0,6 * 4) * 0,5 =1,6 mW durchschnittliche Leistung schätzen (unter Annahme von 50% durchschnittlicher Aktivität).

Zusammenfassend sollten Sie in der Lage sein, eine ziemlich vernünftige Einschätzung zu entwickeln, welche Leistung und Leistung Sie für eine DSP-Implementierung Ihrer Beschleunigerfunktion erwarten können (es sei denn, Sie entwickeln etwas wirklich Ungewöhnliches – in diesem Fall sollten Sie Ihre Anwendung in den DSPs modellieren SW-Tools, um eine ziemlich genaue Schätzung der Zyklenzahl zu erhalten). In Anbetracht der zusätzlichen Flexibilität, die eine Softwareimplementierung bietet, und der Möglichkeit, Kosten zu sparen, indem mehrere Beschleuniger auf einem Prozessor kombiniert werden, sieht eine DSP-Lösung ziemlich attraktiv aus.