以高能效IP核應(yīng)對視頻傳輸新挑戰(zhàn)

? 　現(xiàn)今的數(shù)碼設(shè)備已能夠提供極強(qiáng)大的功能，但是隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，消費(fèi)者仍然期待著更高的功能，比如在視覺享受方面，對于視頻的畫面尺寸、圖像清晰度的追求仍然處于一個(gè)上升的階段。特別是在LTE/LTE-A高速網(wǎng)絡(luò)即將普及和4K視頻浪潮的驅(qū)動(dòng)下，業(yè)界都認(rèn)為視頻數(shù)據(jù)將會(huì)成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中最大的一個(gè)組成部分，如何解決高清視頻數(shù)據(jù)的傳輸速率和功耗問題已成為越來越大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

　　對于4K視頻，芯原技術(shù)市場和應(yīng)用工程資深總監(jiān)汪洋先生表示，4K視頻，是沿著從D1到720P標(biāo)清到1080P高清這一條發(fā)展的主線繼續(xù)向前延伸的下一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，一定會(huì)成為主流，而且這個(gè)進(jìn)程會(huì)相當(dāng)快。就目前的狀況來說，雖然4K視頻的源還比較少，但是4K的視頻解碼設(shè)備和顯示設(shè)備已經(jīng)成為各廠商追逐的熱點(diǎn)，設(shè)備和源的關(guān)系類似于雞和蛋的關(guān)系，是相輔相成、共同發(fā)展的，源已經(jīng)有了，雖然不多，隨著設(shè)備的出現(xiàn)和豐富，源也將會(huì)很快豐富起來。跟4K視頻領(lǐng)域相關(guān)的其中兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一個(gè)是視頻流的傳輸，另一個(gè)是視頻流的編解碼，芯原都投入了相當(dāng)?shù)馁Y源并且推出了商用方案。在傳輸環(huán)節(jié)上，芯原今年上市的完全自主知識產(chǎn)權(quán)的第四代向量和標(biāo)量數(shù)字信號處理器ZSP G4系列，適用于各種采用了OFDM、MIMO等技術(shù)的高速率、大帶寬通信設(shè)備芯片；在編解碼環(huán)節(jié)上，芯原與谷歌合作推出了全新的Hantro G2視頻解碼器IP，為業(yè)內(nèi)目前唯一能同時(shí)支持最新的HEVC以及VP9視頻格式，并以單核支持4K分辨率、60幀每秒的視頻解碼的IP產(chǎn)品。

　　芯原技術(shù)市場和應(yīng)用工程資深總監(jiān) 汪洋先生

　　第四代ZSP架構(gòu)（ZSP G4）和ZSP G4家族的第一個(gè)成員是ZSP981數(shù)字信號處理器（DSP）核。除了與上一代架構(gòu)兼容，ZSP G4架構(gòu)還引入了矢量計(jì)算能力，并提供更高帶寬的接口和更多的執(zhí)行資源。相較于第三代ZSP核，與無線通信專家合力開發(fā)的ZSP981在滿足移動(dòng)設(shè)備所需的低功耗的同時(shí)，將性能提升了17倍。

　　汪洋先生介紹到，ZSP G4是在之前的非常成熟的、并且經(jīng)過了大量不同類型的芯片產(chǎn)品和市場長期驗(yàn)證的三代ZSP內(nèi)核技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新發(fā)展而來的第四代ZSP數(shù)字處理器內(nèi)核系列，既滿足了量產(chǎn)芯片產(chǎn)品對于IP提出的穩(wěn)定可靠的質(zhì)量需求，又具有先進(jìn)性和獨(dú)特的優(yōu)勢，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1. ZSP G4是專門針對目前和未來一段時(shí)期之內(nèi)的、涉及到大量的復(fù)雜的向量運(yùn)算的應(yīng)用，例如第四代移動(dòng)通信LTE-A等而設(shè)計(jì)的，其硬件架構(gòu)、軟件指令集等都體現(xiàn)了鮮明的、面向應(yīng)用的特色，真正做到了精悍、高效，相比傳統(tǒng)的、單純靠增加內(nèi)部的資源（如執(zhí)行單元、寄存器數(shù)量等）或者提高工作頻率來提升處理能力的方案，ZSP G4更全面地將信號處理流程作為一個(gè)整體來考慮，在架構(gòu)設(shè)計(jì)中消除了數(shù)據(jù)通路帶寬和運(yùn)算處理能力不匹配的問題，在一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)達(dá)到了很好的能效指標(biāo)；而跟傳統(tǒng)的標(biāo)量處理器加大量的硬件協(xié)處理器的方案相比，ZSP G4不僅保留了方案整體的靈活性，而且在硅片面積上也更具有優(yōu)勢。另外，跟其它方案相比ZSP G4更重要的一個(gè)優(yōu)勢是其在功耗方面真正做到了既滿足應(yīng)用的性能需求，又滿足了手持類設(shè)備芯片的功耗需求；

　　2. ZSP G4架構(gòu)具有很強(qiáng)的靈活性，既可以針對被處理的數(shù)據(jù)的長度進(jìn)行縱向擴(kuò)展（位寬擴(kuò)展），又可以針對被處理的數(shù)據(jù)流的平行性進(jìn)行橫向擴(kuò)展（多核擴(kuò)展），能很好地適應(yīng)不同的應(yīng)用、不同的場合；

　　3. ZSP G4的優(yōu)勢也體現(xiàn)在其繼承性上，一方面ZSP G4具有良好的指令集后向兼容性，客戶現(xiàn)有的ZSP G2和G3上的產(chǎn)品軟件可以很輕松地移植到G4上運(yùn)行，對客戶的軟件保值和芯片整體方案都很友好；另一方面ZSP G4也具有ZSP傳統(tǒng)的、對程序員友好的易編程特性，可大大縮短軟件方案的開發(fā)周期。同時(shí)，芯原也為ZSP G4提供了一個(gè)完整的、易用的、能充分發(fā)揮ZSP G4架構(gòu)優(yōu)勢的集成軟件開發(fā)環(huán)境和工具鏈，如向量化的編譯器、軟件分組、匯編優(yōu)化和對應(yīng)的仿真模型等，并且為了幫助客戶更快更好地開發(fā)產(chǎn)品，芯原還可提供優(yōu)化的底層函數(shù)庫。

　　ZSP981是ZSP G4內(nèi)核系列中的一款向量數(shù)字信號處理器，具有10級流水線，擁有向量處理單元和標(biāo)量處理單元，單時(shí)鐘周期可執(zhí)行高達(dá)6條指令、進(jìn)行高達(dá)68條乘加運(yùn)算，同時(shí)還提供了6個(gè)支持緊耦合和松耦合工作模式的標(biāo)量和向量Z.Turbo協(xié)處理器接口，客戶可以基于981開發(fā)出各種針對性強(qiáng)、差異化的芯片方案。

　　基于981的方案，在諸如高清視頻流的傳輸通信等應(yīng)用中，其優(yōu)勢一個(gè)是在于能效，不僅性能要滿足需求，而且功耗不能大，不然無法在電池供電的設(shè)備中應(yīng)用；另一個(gè)在于價(jià)格，方案的硅片面積不大，具有可編程器件的靈活性，從整個(gè)產(chǎn)品的生命周期來講，產(chǎn)品的開發(fā)、bug fix、升級、應(yīng)用和產(chǎn)品型號的擴(kuò)展，都可以為客戶帶來很好的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益。

　　高清視頻不僅僅要面對網(wǎng)絡(luò)帶寬、傳輸速率、本地存儲(chǔ)和功耗所帶來的挑戰(zhàn)，還對視頻編解碼器提出了新的要求。芯原推出的Hantro G2視頻解碼器IP就是一款高性價(jià)比的解決方案。汪洋先生表示，支持HEVC和VP9的4K視頻編碼器Hantro H2也在開發(fā)中，并預(yù)計(jì)不久將推出供廣大用戶使用。

　　Hantro G2多格式視頻解碼器IP，繼承了以往Hantro IP的低功耗、可配置等優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)椴捎昧诵碌脑O(shè)計(jì)方法，其身上具備了其它同類型IP和之前Hantro IP型號所不具備的特點(diǎn)，例如可以單核支持最新的視頻格式HEVC及VP9的4K分辨率、60幀每秒的視頻的解碼，而目前其它方案都需要采用多核才能達(dá)到所需的性能；另外，G2的邏輯門數(shù)、緩存大小都可以隨著所支持的視頻分辨率的大小而變化，它的適應(yīng)范圍會(huì)更廣，硅片面積會(huì)得到更有效的利用。

　　芯原Hantro視頻IP最大的傳統(tǒng)優(yōu)勢在于低功耗，與業(yè)內(nèi)其它的同類型的視頻方案相比，Hantro視頻IP在同等性能的情況下，功耗要比它們低一個(gè)數(shù)量級，所以更適合在功耗敏感的場合應(yīng)用。作為一個(gè)完整的方案，Hantro IP的視頻解碼器除了可以全面地支持各種常見視頻格式外， 還提供了一個(gè)可以在緊耦合模式下工作的多功能視頻后處理器，以降低總線負(fù)載。 同時(shí)，Hantro視頻IP具有很強(qiáng)的靈活性，包括IP的總線接口類型、支持的視頻格式、視頻分辨率、所需要的后處理功能等參數(shù)，都可以按照客戶的具體應(yīng)用需求進(jìn)行最優(yōu)化的配置。

　　Hantro IP的優(yōu)點(diǎn)還在于它對客戶是全公開的，硬件設(shè)計(jì)是以RTL源代碼的形式提供，包括驅(qū)動(dòng)軟件、testbench都是提供源代碼，設(shè)計(jì)中不存在客戶不可見的黑盒子，客戶用起來會(huì)更明白、更放心。