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以高能效IP核应对视频传输新挑战

2014-04-15

现今的数码设备已能够提供极强大的功能,但是随着新技术的不断涌现,消费者仍然期待着更高的功能,比如在视觉享受方面,对于视频的画面尺寸、图像清晰度的追求仍然处于一个上升的阶段。特别是在LTE/LTE-A高速网络即将普及和4K视频浪潮的驱动下,业界都认为视频数据将会成为移动网络数据中最大的一个组成部分,如何解决高清视频数据的传输速率和功耗问题已成为越来越大的设计挑战。

对于4K视频,芯原技术市场和应用工程资深总监汪洋先生表示,4K视频,是沿着从D1到720P标清到1080P高清这一条发展的主线继续向前延伸的下一个关键节点,一定会成为主流,而且这个进程会相当快。就目前的状况来说,虽然4K视频的源还比较少,但是4K的视频解码设备和显示设备已经成为各厂商追逐的热点,设备和源的关系类似于鸡和蛋的关系,是相辅相成、共同发展的,源已经有了,虽然不多,随着设备的出现和丰富,源也将会很快丰富起来。跟4K视频领域相关的其中两个关键环节,一个是视频流的传输,另一个是视频流的编解码,芯原都投入了相当的资源并且推出了商用方案。在传输环节上,芯原今年上市的完全自主知识产权的第四代向量和标量数字信号处理器ZSP G4系列,适用于各种采用了OFDM、MIMO等技术的高速率、大带宽通信设备芯片;在编解码环节上,芯原与谷歌合作推出了全新的Hantro G2视频解码器IP,为业内目前唯一能同时支持最新的HEVC以及VP9视频格式,并以单核支持4K分辨率、60帧每秒的视频解码的IP产品。

第四代ZSP架构(ZSP G4)和ZSP G4家族的第一个成员是ZSP981数字信号处理器(DSP)核。除了与上一代架构兼容,ZSP G4架构还引入了矢量计算能力,并提供更高带宽的接口和更多的执行资源。相较于第三代ZSP核,与无线通信专家合力开发的ZSP981在满足移动设备所需的低功耗的同时,将性能提升了17倍。

汪洋先生介绍到,ZSP G4是在之前的非常成熟的、并且经过了大量不同类型的芯片产品和市场长期验证的三代ZSP内核技术的基础上创新发展而来的第四代ZSP数字处理器内核系列,既满足了量产芯片产品对于IP提出的稳定可靠的质量需求,又具有先进性和独特的优势,其主要体现在以下几个方面:

  • ZSP G4是专门针对目前和未来一段时期之内的、涉及到大量的复杂的向量运算的应用,例如第四代移动通信LTE-A等而设计的,其硬件架构、软件指令集等都体现了鲜明的、面向应用的特色,真正做到了精悍、高效,相比传统的、单纯靠增加内部的资源(如执行单元、寄存器数量等)或者提高工作频率来提升处理能力的方案,ZSP G4更全面地将信号处理流程作为一个整体来考虑,在架构设计中消除了数据通路带宽和运算处理能力不匹配的问题,在一个最佳的平衡点达到了很好的能效指标;而跟传统的标量处理器加大量的硬件协处理器的方案相比,ZSP G4不仅保留了方案整体的灵活性,而且在硅片面积上也更具有优势。另外,跟其它方案相比ZSP G4更重要的一个优势是其在功耗方面真正做到了既满足应用的性能需求,又满足了手持类设备芯片的功耗需求;

  • ZSP G4架构具有很强的灵活性,既可以针对被处理的数据的长度进行纵向扩展(位宽扩展),又可以针对被处理的数据流的平行性进行横向扩展(多核扩展),能很好地适应不同的应用、不同的场合;

  • ZSP G4的优势也体现在其继承性上,一方面ZSP G4具有良好的指令集后向兼容性,客户现有的ZSP G2和G3上的产品软件可以很轻松地移植到G4上运行,对客户的软件保值和芯片整体方案都很友好;另一方面ZSP G4也具有ZSP传统的、对程序员友好的易编程特性,可大大缩短软件方案的开发周期。同时,芯原也为ZSP G4提供了一个完整的、易用的、能充分发挥ZSP G4架构优势的集成软件开发环境和工具链,如向量化的编译器、软件分组、汇编优化和对应的仿真模型等,并且为了帮助客户更快更好地开发产品,芯原还可提供优化的底层函数库。

ZSP981是ZSP G4内核系列中的一款向量数字信号处理器,具有10级流水线,拥有向量处理单元和标量处理单元,单时钟周期可执行高达6条指令、进行高达68条乘加运算,同时还提供了6个支持紧耦合和松耦合工作模式的标量和向量Z.Turbo协处理器接口,客户可以基于981开发出各种针对性强、差异化的芯片方案。

基于981的方案,在诸如高清视频流的传输通信等应用中,其优势一个是在于能效,不仅性能要满足需求,而且功耗不能大,不然无法在电池供电的设备中应用;另一个在于价格,方案的硅片面积不大,具有可编程器件的灵活性,从整个产品的生命周期来讲,产品的开发、bug fix、升级、应用和产品型号的扩展,都可以为客户带来很好的时间和经济效益。

高清视频不仅仅要面对网络带宽、传输速率、本地存储和功耗所带来的挑战,还对视频编解码器提出了新的要求。芯原推出的Hantro G2视频解码器IP就是一款高性价比的解决方案。汪洋先生表示,支持HEVC和VP9的4K视频编码器Hantro H2也在开发中,并预计不久将推出供广大用户使用。

Hantro G2多格式视频解码器IP,继承了以往Hantro IP的低功耗、可配置等优点,而且因为采用了新的设计方法,其身上具备了其它同类型IP和之前Hantro IP型号所不具备的特点,例如可以单核支持最新的视频格式HEVC及VP9的4K分辨率、60帧每秒的视频的解码,而目前其它方案都需要采用多核才能达到所需的性能;另外,G2的逻辑门数、缓存大小都可以随着所支持的视频分辨率的大小而变化,它的适应范围会更广,硅片面积会得到更有效的利用。

芯原Hantro视频IP最大的传统优势在于低功耗,与业内其它的同类型的视频方案相比,Hantro视频IP在同等性能的情况下,功耗要比它们低一个数量级,所以更适合在功耗敏感的场合应用。作为一个完整的方案,Hantro IP的视频解码器除了可以全面地支持各种常见视频格式外, 还提供了一个可以在紧耦合模式下工作的多功能视频后处理器,以降低总线负载。 同时,Hantro视频IP具有很强的灵活性,包括IP的总线接口类型、支持的视频格式、视频分辨率、所需要的后处理功能等参数,都可以按照客户的具体应用需求进行最优化的配置。

Hantro IP的优点还在于它对客户是全公开的,硬件设计是以RTL源代码的形式提供,包括驱动软件、testbench都是提供源代码,设计中不存在客户不可见的黑盒子,客户用起来会更明白、更放心。

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