2003嵌入式論文集摘要：由于半導體技術的不斷進步和多媒體數(shù)據(jù)應用領域的不斷擴大,像素幀巨大的圖像處理應用的計算機體系結構,在嵌入式應用環(huán)境的體積與功耗的限制下,目前正面臨著三個要解決的關鍵問題。一是要解決千億次量級的運算速度;二是由于現(xiàn)代的半導體技術的集成度已經(jīng)很高了,例如,中芯國際0.18mm的CMOS工藝在1cm2的芯片面積上可以集成40,000,000支晶體管,但由于芯片引出頭數(shù)目的增加是有限的,因此,必須解決引出頭的數(shù)目受
2003嵌入式論文集
摘 要：由于半導體技術的不斷進步和多媒體數(shù)據(jù)應用領域的不斷擴大,像素幀巨大的圖像處理應用的計算機體系結構,在嵌入式應用環(huán)境的體積與功耗的限制下,目前正面臨著三個要解決的關鍵問題。一是要解決千億次量級的運算速度;二是由于現(xiàn)代的半導體技術的集成度已經(jīng)很高了,例如,中芯國際0.18mm的
CMOS工藝在1
cm2的芯片面積上可以集成
40,
000,000支晶體管,但由于芯片引出頭數(shù)目的增加是有限的,因此,必須解決引出頭的數(shù)目受限制的關鍵問題;三是由于多媒體數(shù)據(jù)處理幾乎沒有時間和空間局部性,一幅圖像中的每個像素通常只是被訪問一次,因而不僅要解決運算量大的問題,而且要解決處理器與存儲器之間的數(shù)據(jù)帶寬問題。
國內(nèi)的處理器設計現(xiàn)在還主要處于功能仿制階段,有單位正在研制具有
MMX指令的奔騰芯片,以及具有數(shù)據(jù)并行處理能力的
TMS320C67
11等芯片。就數(shù)據(jù)并行性計算來說,高性能奔騰處理器是通過57條MMX指令來支持數(shù)據(jù)并行性計算的,但其數(shù)據(jù)并行計算的程度是很低的,只能支持8個8位數(shù)據(jù),或4個
16位數(shù)據(jù),或2個32位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)并行計算。也有單位九五期間自主設計研制了含有64（8×8）個處理元的PE芯片,研制了具有4096個處理元的SIMD協(xié)處理器的圖像處理機系統(tǒng)。但是,這些處理器還不能滿足像素幀巨大的嵌入式圖像處理應用的要求。
針對上述三個關鍵問題,近十多年來,國外對新一代多媒體處理器體系結構進行了廣泛的研究,有專用多媒體處理器、可編程多媒體處理器、向量處理器以及流處理器等體系結構。
專用多媒體處理器
針對三維圖形應用,
SGI公司研制了名為InfiniteReality的專用多媒體處理器系統(tǒng)（1997年公布）。它由4個專用的幾何引擎（Geometry Engine）和80〜320個專用的圖像引擎（Image Engine）構成,能提供每秒11,000,000次三角函數(shù)計算和每秒
830,000,000個像素的處理。它是以存儲容量的冗余為代價來提高存儲器帶寬的。最近,NVIDIA公司研制了名為GeForce256的專用單芯片圖形處理器。該處理器能提供每秒
15,000,000次峰值運算和每秒480,000,000個像素處理。這些專用多媒體處理器的缺點是只要算法稍有變化,性能就會急劇下降。
可編程多媒體處理器
Chromatic公司研制了名為Mpact的多媒體處理器（1996年公布）,Philip公司研制了名為TriMedia（1996年公布）和
VSP（1994年公布）的多媒體處理器。它們比專用圖形處理系統(tǒng)要靈活得多。Mpact多媒體處理器有一個4KB的全局寄存器文件（Register file）,并且利用了高帶寬的Rambus DRAM來滿足3-D圖形處理對帶寬的需求。這個相當大的全局寄存器文件,在很大程度上減小了圖形處理中對工作頁面進行顯式緩存所需的帶寬量,進而減少了對存儲器的訪問次數(shù)。在奔騰等高性能處理器中,通過MMX,
MAX-2,和VIS,增加了多媒體擴展,也就是增加了來自存儲器的預取流數(shù)據(jù),并利用這些處理器中可以得到的數(shù)據(jù)帶寬,增加了浮點數(shù)據(jù)類型SIMD操作,以支持數(shù)據(jù)并行性。
