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看不懂DSP科普?华为麒麟解漫画为你解读数字信号的“速算家”

发布时间:2022-09-27 06:19:02 来源:电竞平台 作者:电竞平台官方入口

  DSP作为一种独特的微处理器,是业内人士经常接触的芯片。然而对于广大吃瓜小白来说,DSP是一种声名在外,却很少见到真面目的芯片。目前来看,各大厂商对DSP的宣传和描述很少,深度的科普文章对于小白来说又比较些晦涩难懂,怎样才能轻松理解DSP呢?

  其实,认识DSP并不难,DSP即Digital Signal Processor,数字信号处理器。如果把DSP拟人的话,TA一定是位数学能力超强,性格单纯的技术派。今天我们通过华为麒麟发布的漫画小故事来认识DSP。

  很久很久以前,森林中有一家“麒麟工坊”,工坊由CPU创办,起初只有CPU、Memory、Modem三位合伙人,慢慢的GPU、ISP、NPU、DSP等新成员相继加入。工坊内每个人都有自己独特的职能,成员之间相互合作慢慢将工坊发展壮大。

  可是,如今实力雄厚的麒麟工坊,在发展过程中也并非一帆风顺。比如在DSP加入前,工坊就曾遇到一次难关。随着数字技术不断发展,更高清的语音、融合虚拟与现实AR摄影、速度更快的5G等,都对芯片的数字信号处理能力提出了更高要求。因此,麒麟工坊的工作量逐渐堆积成山。

  为了完成这些任务,CPU与GPU只能加班加点地工作。然而,高压的工作不仅令CPU、CPU疲于应付,电源管理芯片也要累瘫了。

  会造成这种情况,主要是因为现有的微处理器不够擅长数字信号处理。还好,麒麟工坊的外援神秘博士现身,推荐了一位新成员——DSP。

  与想象中“身强力壮”的形象有些不符,DSP的结构与CPU相似,都具有完整的内核、指令集、内存等,是独立的微处理器,但是个头却比CPU小了很多,相比CPU高达2.86GHz的主频,DSP的主频只有几百MHz,不过也正因如此,DSP的能效比要更高。

  举个例子,假设在同一天时间里,CPU处理30件数字信号任务需要消耗5格电,GPU处理50件数字信号任务需要消耗3格电,那么DSP完成100件任务仅消耗1格电,能效明显更优秀。这样一来,不仅能快速完成堆积的任务,电源管理芯片也得救了。

  DSP虽然也是一块独立的微处理器,但是由于架构、指令集等之间的差异,使得DSP的能力有些“偏科”。相比较来说,CPU擅长控制、处理多样化任务,而DSP更擅长各种与数字相关的运算。

  当然,偏科并非不好,CPU与DSP相比就像厨师套刀与削皮刀一样,虽然厨师刀能够擅长各种丰富多样的任务,但是在削皮方面却无法与DSP相比。在芯片领域中,CPU虽然能力出众,但在处理数字信号任务时却不如“削皮刀”DSP效率高。也正是因为如此,DSP更适合处理自己擅长的数字信号任务,充分发挥自己的价值。

  DSP为什么在处理数字信号任务上如此出色,我们从架构、核心、指令集三个角度来解读。

  首先在架构方面,DSP采用了哈佛架构,这一结构中程序存储器和数据存储器采用不同的总线,通过指令、数据分开的方式,两条总线能够重叠访问两个空间。这样一来DSP就有更大的存储器带宽,数据的移动和交换更加方便,本质上是非常适合处理数字信号任务的。

  另外DSP的核心频率比较低。一般来讲,高频运行时钟需要更高的电压,会导致功耗迅速增长。因此频率更低的DSP采用了复杂的并行计算,能够在更短时间内以更高性能、更低功耗来完成任务。

  在指令集方面DSP同样拥有很多专项优势,比如DSP具有专门的硬件乘法器,加入了单周期加指令、逆序加减指令、块重复指令等,甚至将很多常用操作组成的序列专门设计一个指令,最大化每个时钟周期能完成的工作,提升数字信号处理速度。可以说,DSP设计的初衷就是为了兼具更强大的数据处理能力和超低功耗。

  在展现出过人的数字信号处理能力之后,DSP受到了工坊老员工们的认可。其后,工坊向神秘博士申请了另一位DSP。两位DSP一位负责AP内的相机、语音等任务,一位负责基带中的数字信号处理任务。

  故事讲到这里,想必大家已经知道所谓的“麒麟工坊”是指麒麟SoC了。DSP在SoC设计中起到的关键性作用,就是通过高效的数字信号处理能力提升SoC的整体能效比。除此之外,DSP加入SoC后,其他元件也能够发挥更强的性能。比如ISP能够完成更加复杂的图像算法,实现了如“AR敦煌”等打破文化与时空界限的出色应用。

  另外随着5G的发展,通信系统的任务量相比以往也有巨大的膨胀和增长。DSP加入“通信部”后,通过其专长帮助基带内的数字信号任务走上快车道,保证了5G时代依然能够实现性能、能效同步升级。

  小而精的“偏科学霸”DSP,其实是从“芯”赋能芯片性能的好手。未来,DSP也将持续升级,与SoC内的其他元件一起努力实现更好的综合体验。