آشنایی با پردازشگر سیگنال هگزاگون ۶۸۰ در تراشه اسنپدراگون ۸۲۰ [ویژه]

کمپانی کوالکام سازنده تراشه‌های موبایل سری اسنپدراگون ساعاتی پیش و در کنفرانس Hot Chips به انتشار اطلاعات بیش‌تری از این چیپ‌ست پرداخت؛ در این کنفرانس آن‌ها از واحد پردازشگر سیگنال جدید Hexagon 680( هگزاگون ۶۸۰ ) پرده برداشتند و برخی از قابلیت‌های موجود در آن را نیز آشکار ساختند. این پردازشگر ثانویه به نوعی وظیفه پردازش داده‌های مربوط به صدا و تصویر را بر عهده دارد.

با ترنجی در ادامه و آشنایی با امکانات این واحد پردازشی همراه شوید.

تصویری که در ابتدای مطلب مشاهده می‌کنید یک نمای کلی از قسمت‌های مختلف اسنپدراگون ۸۲۰ را به ما نشان می‌دهد. در این چیپ‌ست، پردازشگر سیگنال تصویر (ISP) اسپکترا عهده‌دار پردازش‌های مربوط به سنسور اصلی است و خطاهای احتمالی آن را اصلاح می‌کند. چند روز پیش بود که کوالکام توضیحاتی را درباره این ISP و همچنین چیپ‌ست ادرنو ۵۲۰ ارائه کرده‌بود که می‌توانید آن را در این مطلب بخوانید.

حال به سراغ هگزاگون ۶۸۰ برویم، در تصویر اول مطلب بلاک دیاگرام اسنپدراگون ۸۲۰ نشان داده شده‌است؛ در این تصویر اندازه مولفه‌ها دقیق نیست اما در حالت کلی می‌توان به آن استناد کرد. واحد پردازشگر سیگنال یا به اختصار DSP هگزاگون ۶۸۰ طیف وسیعی از امکانات را با خود به میدان آورده است تا این چیپ‌ست کمبودی در این زمینه نداشته باشد. در ابتدا باید بدانید که DSPها به مثابه پردازنده‌های کوچک شده هستند. این واحدها از سطح سیلیکون کمتری نسبت به هسته‌های فیزیکی در چیپ‌ست بهره می‌برند و توانایی اصلی آن‌ها در پردازش بعضی از امور مانند رمزگشایی ویدئوها است. پردازشگرهای سیگنال تصویر قابل برنامه ریزی هستند اما عملکرد آن‌ها برای وظایف خاصی بهینه شده‌است و همچنین همانند معماری‌هایی مانند مکسول از صدها و هزاران هسته برای پردازش امور کمک نمی‌گیرند و فقط به یک هسته اکتفا می‌کنند. در نهایت می‌توان گفت که یک DSP در پردازش تک هسته‌ای صدا و تصویر بی رقیب است، قابل برنامه ریزی می‌باشد و سطح سیلیکون کمتری را نسبت به دیگر واحدهای یک چیپ‌ست در اختیار خود دارد.

معماری پردازشگرهای سیگنال اکثراً VLIW یا کلمات دستوری بسیار طولانی است، به همین دلیل این پردازشگرها در پردازش‌های موازی بسیار خوب عمل می‌کنند و در مواقع خاص مانند تبدیل سریع فوریه از شتاب‌دهنده‌ مبتنی بر سخت افزار استفاده می‌گردد.

کوالکام در این چیپ‌ست فناوری “گسترش‌دهنده برداری شش‌تایی” یا HVX را به کار برده است؛ طراحی این فناوری به پردازش سریع‌تر واقعیت مجازی، واقعیت افزوده، پردازش‌های تصویری، پردازش‌های ویدئویی و بینایی رایانه‌ای (مربوط به هوش مصنوعی) کمک شایانی می‌کند. فراموش نکنید که این‌ها می‌توانند مبتنی بر تراشه گرافیکی یا تراشه اصلی نیز پردازش شوند اما راهکار عاقلانه استفاده از DSP برای اینگونه از پردازش‌ها است.

گسترش‌دهنده برداری هگزاگون ۶۸۰ دارای ثبات ۱۰۲۴ بیتی مختص بردار است، بدان معنی که در یک سیکل می‌توان با ۴ اسلات به حداکثر انتقال ۴۰۹۶ بیت در ثانیه دست یافت. در این DSP مقدار ۳۲ عدد ثبات قرار دارد که در نهایت توان پردازشی بالایی را تولید می‌کنند. با توجه به ماهیت این نوع از پردازشگرهای تصویر، کوالکام پشتیبانی از پردازش‌های اعشاری را به آن اضافه نکرده است که به کوچکتر شدن سطح سیلیکونی و کاهش انرژی مصرفی پردازشگر سیگنال نیز ختم شده است.

گسترش‌دنده‌های برداری شش‌تایی یا HVX در این تراشه از فیلترگذاری آنی پنجره‌های در حال نمایش، LUT و شتاب‌دهندگی هیستوگرام در سطح پایین نیز پشتیبانی می‌کنند؛ علاوه بر این‌ها در این شرایط قدرت کافی برای رمزگشایی ویدئوهای ۴K و رندر تصاویر به دست آمده از سنسورهای حداکثر ۲۰ مگاپیکسلی نیز در این DSP به شرط پردازش در پس زمینه باقی مانده‌است.

هگزاگون ۶۸۰ در مدیریت تردهای پردازشی و همچنین حافظه نیز بی همتا است؛ برای اجرای دستورالعمل‌های اسکالر نیز ۴ واحد VLIW چهار-راهه نیز وجود دارد که هر کدام با فرکانس ۵۰۰ مگاهرتز به فعالیت می‌پردازند و مجموعاً از حافظه‌های نهان سطح ۱ و ۲ برای تسریع کار خود استفاده می‌کنند. هر HVX توسط یک اسکالر ۵۰۰ مگاهرتزی پشتیبانی می‌شود. این سطح از بهینه سازی سخت افزار در هر رشته مانند سیستم‌های QoS و پارتیشن‌بندی نرم افزاری حافظه نهان سطح ۲ نوید سرعت بالا و مصرف پایین در این تراشه را می‌دهد.

واحد برداری از همان حافظه نهان سطح ۲ استفاده می‌کند که اسکالر نیز به آن دسترسی دارد؛ کوالکام با توجه به استفاده اسکالر از حافظه نهان سطح ۱ این تصمیم را گرفته و این حافظه را تقدیم این بخش کرده‌است. هگزاگون ۶۸۰ می‌تواند مستقیماً سیگنال خارج شده از سنسور را به حافظه نهان سطح ۲ انتقال دهد و از اتلاف انرژی و بارگذاری آن بر روی حافظه رم جلوگیری کند. کوالکام برای کاهش مصرف انرژی در این تراشه از هیچ چیزی دریغ نکرده و سیستم SMMU یا به اختصار مدیریت حافظه را نیز در این تراشه رده اول قرار داده است. این سیستم از کپی اطلاعات تکراری بر روی حافظه رم جلوگیری می‌کند و یک داده را برای تغذیه چندین برنامه به پردازنده اصلی می‌فرستد که کنترلر این سیستم پیشرفته در پردازشگر سیگنال تصویر قرار گرفته‌است.

در مقایسه با پردازنده‌های ۴ هسته‌ای با معماری کریت، هگزاگون ۶۸۰ در اموری مانند پردازش تصویر و ویدئوها به طور قابل توجهی سریع‌تر عمل می‌کند؛ بخش پردازشی Neon یا همان پردازش تصویر نیز در پردازنده های مبتنی بر هسته‌های کریت از هگزاگون ۶۸۰ ضعیف‌تر است. جالب است که بدانید بخش نئون پردازنده‌های کریتی کوالکام، فقط به یک بخش پردازشی با باس ۱۲۸ بیتی مجهز شده بودند اما در هگزاگون ۶۸۰ ما ۴ واحد پردازشی با باس ۱۰۲۴ بیتی را داریم که به ۵۱۲ کیلوبایت حافظه نهان سطح ۲ نیز مجهز شده‌اند، در نئون این مقدار فقط ۳۲ کیلوبایت حافظه نهان سطح ۱ بود! در محاسبات اعشاری نیز هگزاگون ۳ برابر سریع‌تر از نئون عمل می‌کند. از طریق معماری جدید می‌توان بیش‌تر داده‌ها را بر روی پردازشگر سیگنال پردازش کرد و از مصرف انرژی بیش‌تر توسط هسته‌های فیزیکی جلوگیری نمود.

هگزاگون ۶۸۰ می‌تواند جدا از دیگر بخش‌ها حتی در زمان خاموشی کامل چیپ‌ست نیز روشن باشد؛ این ویژگی در پردازش داده‌های مربوط به حسگرهای مختلف به کمک کاربر می‌آید و به عنوان مثال زمانی که اسمارت‌فون خاموش است نیز وضعیت حسگر اثر انگشت و یا هر حسگر دیگری را به طور مداوم مانیتور می‌کند. DSP موجود در اسنپدراگون ۸۲۰ همانند تمامی بخش‌های این چیپ از مزایای فناوری ساخت FinFet بهره‌مند است.

کوالکام مزیت استفاده از هگزاگون ۶۸۰ را به جای واحد پردازشی اسنپدراگون ۸۰۸ در اسلاید زیر به نمایش در آورده است؛ همانطور که می‌بینید در اموری مانند محاسبه چرخش گوشی و گام‌شمار، اسنپدراگون ۸۲۰ در حدود ۲ و یا حتی ۳ برابر مصرف کمتری نسبت به اسنپدراگون ۸۰۸ دارد.

کوالکام sdk این پردازشگر تصویر را برای توسعه دهنده‌ها آماده کرده است و انتظار داریم با آمدن اسمارت‌فون‌ها و تبلت‌های مجهز به این چیپ‌ست در اختیار عموم قرار گیرد. در نهایت دستاورد این DSP کاهش مصرف انرژی و افزایش قدرت پردازشی در اموری مانند پردازش ویدئوها و تصاویر می‌باشد.

دیدگاه شما چیست؟ Hexagon 680 را با توجه به قابلیت‌هایش چگونه ارزیابی می‌کند؟

[button url=”http://www.anandtech.com/show/9552/qualcomm-details-hexagon-680-dsp-in-snapdragon-820-accelerated-imaging” postid=”” style=”btn-default” size=”btn-default” target=”_self” fullwidth=”false”]Anantech[/button]