Der neue Cadence HiFi DSP zielt auf ständig aktive Hörgeräte und Wearables ab

Mehrere konvergierende Trends treiben den Bedarf an energiesparenden Audio-/Sprachfunktionen in einem kleinen Formfaktor voran, insbesondere bei Hearables und Wearables. Unabhängig davon, ob die Endverbrauchergeräte ständig zuhören, Musik wiedergeben, Kontextbewusstsein bereitstellen oder künstliche Intelligenz (KI) auf dem Gerät bereitstellen müssen, dies erfordert nicht nur einen energieeffizienten DSP, sondern auch die Möglichkeit, eine KI-Engine hinzuzufügen .

Um dies zu beheben, hat Cadence Design Systems ein neues Gerät in seiner Tensilica HiFi DSP-Familie eingeführt, das HiFi 1, eine kleinere Version seines HiFi 3 DSP, das zwischen 11 und 16 % weniger Fläche, 60 bis 73 % mehr Zyklen und Energieeffizienz bietet für ML-basiertes „OK Google“-Keyword-Spotting und Personenerkennungsanwendungen und mehr als 18 % Zykluseffizienz und 14 % Energieeffizienz für die LC3-Decodierung.

Prakash Madhvapathy, Product Marketing Director bei Cadence, betonte gegenüber embedded.com, dass das neue HiFi 1 nicht nur eine abgespeckte Version des HiFi 3 ist, sondern wirklich ein grundlegendes Design, um die Energieeffizienz- und Leistungsanforderungen von immer auf die Erwartungen der Verbraucher. Das bedeutet, dass nicht nur Hearables und Wearables die ersten Schlüsselmärkte für HiFi 1 sein werden, sondern auch andere Anwendungsfälle, die eine permanente Sensorfusion erfordern, um bei sehr niedrigen Energieniveaus zu laufen.

Daher zeichnet sich der HiFi 1 DSP laut Cadence durch einen extrem niedrigen Energieverbrauch aus, um die Dauer der Sprachkommunikation und Musikwiedergabe zu verlängern. Dadurch können kostengünstige Consumer- und Mobilgeräte sowie Automobil- und Industriegeräte mit kleinem Formfaktor eine erhöhte Funktionalität bei geringem Energieverbrauch bieten.

Dies zielt auf eine Reihe von Trends im Bereich der Unterhaltungselektronik ab. Hearables und Wearables übernehmen zunehmend den von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) im Jahr 2020 standardisierten Kommunikationscodec (LC3) mit geringer Komplexität. Darüber hinaus treibt die Vorliebe der Verbraucher für eine freihändige und berührungslose Steuerung die Nachfrage nach Always-On-, oder immer zuhören, Geräte, die auf Sprachaktivierungsbefehle reagieren, und Haushaltsgeräte übernehmen diese Fähigkeiten sogar.

Um diese Geräte und Anwendungen zu ermöglichen, kommentierte Madhvapathy:„Der Name des Spiels für HiFi 1 ist die Akkulaufzeit für Anwendungen, bei denen Energie wichtig ist.“ Er sagte, das bedeute Dinge wie das Erstellen spezieller Anweisungen für die arithmetische Kodierung von LC3-Kodierung und -Dekodierung; Dies macht HiFi 1 zum energieeffizientesten DSP für Bluetooth LE-Audio. Weitere Funktionen des neuen optimierten HiFi 1 DSP sind:

• Anleitung für ITU-T3GPP-standardisierte 2019 BASOPs, um Sprachcodecs zu beschleunigen und mit hoher Energieeffizienz auszuführen, wodurch die Sprechzeit verlängert wird.
• Neural Network ISA und Load/Store beschleunigen das Keyword-Spotting und andere Machine-Learning-Workloads für einen geringeren Energieverbrauch, während die speicherzugriffsoptimierte ISA (Instruction Set Architecture) die Leistung bei kleinen Cache-Größen verbessert.
• Effiziente Signalverarbeitung zur Reduzierung von Energie und Zyklen für die Audio- und Sprachvor- und -nachbearbeitung.
• Optionale Vector Floating Point Unit (VFPU) mit niedriger Latenz für einen höheren FP-Durchsatz bei geringerem Energieverbrauch.
• Vektor Boolesches Register zur Verbesserung der Energieeffizienz für bedingten Code.

Mike Demler, Senior Analyst bei The Linley Group, legte den Grundstein dafür, warum so etwas wie dieser neue DSP benötigt wurde. Er sagte:„Intelligente kontextbezogene, immer aktive Verarbeitung wird für Hörgeräte der nächsten Generation immer wichtiger, um Benutzern ein besseres Hörerlebnis mit mehr Nutzen und Komfort zu bieten. Eine Mischung aus maschinellem Lernen und traditionellen DSP-Algorithmen durchdringt diese Anwendungen, dennoch können Akkulaufzeit und Formfaktor nicht beeinträchtigt werden. Cadence hat sich mit seinen weit verbreiteten und unterstützten Tensilica HiFi-DSPs für Audio-, Sprach- und Sprachanwendungen eine starke Führungsposition erarbeitet. Der neue HiFi 1 DSP geht noch einen Schritt weiter, indem er diese neuen Zielanwendungen in einem kompakten Design ermöglicht – eine geschickte Verschmelzung von KI-, Codec- und DSP-Leistung bei extrem niedrigen Energieniveaus für energiebewusste Designs.“

Fraunhofer, das LC3 miterfunden hat, sagte, dass LC3/LC3plus dazu beiträgt, den Energieverbrauch für batteriebeschränkte Bluetooth-Geräte zu minimieren, und dass Cadence im Laufe der Jahre mit Fraunhofer zusammengearbeitet hat, um den Codec seines Tensilica HiFi-DSPs zu optimieren. Manfred Lutzky, Leiter der Abteilung Audio für Kommunikation am Fraunhofer IIS, sagt:„Wir freuen uns, dass sie auf dieser Erfahrung mit dem neuen HiFi 1 DSP aufbauen, der für LC3 und LC3plus energie- und zyklusoptimiert ist. Der HiFi 1 DSP verkörpert die beispiellosen extrem niedrigen Energieniveaus des Codecs, die mit zusätzlichen Funktionen hörbare und tragbare Geräte mit kleinen Batterien entlasten und die weit verbreitete Einführung von LC3 und LC3plus beschleunigen sollen.“

Cadence hatte auch bei TensorFlow Lite Micro (TFLM) mit Google zusammengearbeitet. Pete Warden, technischer Leiter von TFLM bei Google, sagte:„Der HiFi 1 DSP von Cadence senkt die Energie, die für den Betrieb der Always-on-Klasse von KI-Anwendungen wie TFLM-Netzwerken, Sprachweckwort und Personenerkennung erforderlich ist, erheblich und ermöglicht die Batterie - eingeschränkte Geräte für längere Zeit laufen. Wir freuen uns, die Zusammenarbeit fortzusetzen, während Cadence die Grenzen von Energie und Leistung weiter verschiebt.“

Madhvapathy sagte, dass HiFi-DSPs bereits weit verbreitete TWS-Ohrhörer und Bluetooth-Headsets der aktuellen Generation sind. Er betonte, dass der neue DSP softwarekompatibel mit den bestehenden HiFi-DSPs ist, was wichtig war, da das Unternehmen 160 Partner für HiFi-DSPs hat.

Für Hearables der nächsten Generation werden das Aufkommen von LC3 und breiteren Markttrends sowie KI-fähige Sprach- und Sprachalgorithmen höchstwahrscheinlich die Verbreitung von Anwendungsfällen für Analysen und eine bessere Klangqualität in TWS-Ohrhörern vorantreiben. Hier glaubt das Unternehmen, dass sein HiFi 1 DSP den niedrigen Energieverbrauch ermöglichen wird, der Always-On- und Always-Höring-Funktionen für den Massenmarkt ermöglicht.