Dsp технологии на базе стандарта CompactPci

4 Поколение dsp - базовые технологии для систем компьютерной телефонии

В течение 1998-1999 годов в DSP технологиях произошел поворот от анонсирования новейших архитектур к массовому производству кристаллов. Уровень производительности, демонстрируемый компаниями-производителями современных DSP (Texas Instruments www.ti.com , Analog Devices www.analog.com , Motorola www.mcg.mot.com , Lucent www.lucent.com ), позволяет говорить о реализации следующего, 4 поколения цифровых систем обработки сигналов. Телекоммуникационные применения в настоящее время являются основными на рынке приложений DSP.

Современное состояние рынка телекоммуникаций и особенно систем компьютерной телефонии характеризуется несколькими важными показателями, которые оказывают сильное влияние на применяемые и развиваемые технологии. К этим рыночным показателям можно отнести:

• Резкое уменьшение времени, отводимого на разработку систем. Увеличение конкуренции, вызванное последствиями глобальной демонополизации рынка; агрессивная политика сравнительно небольших start-up компаний, обладающих know-how в новейших технологиях; - все это приводит к увеличению значимости фактора "time-to-market" и делают время выхода готовых систем на рынок главным параметром в конкурентной борьбе.

• Уменьшение стоимости разработок. Наличие большого количества "полуготовых" решений и увеличение роли системных интеграторов делает необходимым сокращение стоимости разработок.

• Увеличение риска при менеджменте проектов.Уменьшение сроков и стоимости разработок не оставляет ресурсов для отладки, устранения ошибок, усовершенствования опытных образцов систем. Новые модули и системы должны быть работоспособны и конкурентоспособны "с первого раза". Темпы развития отрасли не оставляют времени между окончанием разработки и распространением систем на рынке.

• Необходимость узкой специализации. Высокая конкуренция делает необходимым концентрировать ресурсы компаний на главных "изюминках" и тех технологиях и решениях, в которых компания является лидером рынка.

Все вышеперечисленные факторы важны при 20-25% ежегодном росте телекоммуникационного рынка, вызванного резким увеличением количества новых приложений и требованиями к гибкости и пропускной способности сетей передачи информации. К основным приложениям на телеком рынке и рынке систем компьютерной телефонии, требующим существенных DSP ресурсов, можно отнести:

• Передача голоса по сетям IP. (VoIP приложения). Требует сжатия голоса по спецификациям G729.A/G723.1;

• Обработка речи. Задачи по распознаванию речи, запись и воспроизведение для систем голосовой почты, диспетчерских систем, call-centers;

• Концентраторы доступа. Применение таких технологий, как ADSL, и использование цифровой обработки в высокоскоростных маршрутизаторах и шлюзах;

• Системы эхокомпенсации. Использование высококачественных цифровых фильтров;

• Многоканальные модемы. Увеличение числа каналов, одновременно обрабатываемых одним кристаллом DSP, - значительное повышение плотности в модемных концентраторах;

• Базовые станции для мобильной связи. Сжатие информации, поддержка различных протоколов;

• Обработка, сжатие и передача видеоизображений. Весь спектр приложений, работающих с видео, традиционно требует значительных DSP ресурсов.

Для всех прикладных алгоритмов, используемых в современных системах компьютерной телефонии, необходимы значительные вычислительные мощности. Именно DSP технологии позволяют в настоящее время реализовать многоканальные системы, требующие производительности в тысячи MIPS и MFLOPS. В таблице 3 приведена краткая информация по новейшим интегральным компонентам DSP технологий. Все эти кристаллы спроектированы с использованием новейших принципов построения вычислительных систем (RISC архитектуры с многоуровневым конвейером, технологии VLIW и SIMD).

Несомненным лидером рынка является Texas Instruments (TI). Доминируя на рынке DSP, процессоры от TI составляют 45%(!) общего объема. Анализ показывает, что на сегодняшний день преобладающей (и наиболее востребованной) на рынке является 16 разрядная архитектура с фиксированной точкой.

Следует отметить, что "кремниевая" реализация больших вычислительных DSP ресурсов - необходимое, но не достаточное условие применения этих технологий на рынке телекоммуникаций. Другим важным дополнительным ресурсом является программное обеспечение "низкого" уровня, или библиотеки, реализующие наиболее часто применяемые в коммуникационной среде алгоритмы компрессии, преобразования, цифровой фильтрации и др. Все компании - производители DSP предлагают системы разработки и отладки, компиляторы и библиотеки. Часто эти программные средства предлагаются так называемыми "третьими" компаниями, специализирующимися именно на программной поддержке DSP. И здесь опять большую роль играет фактор быстрейшего выхода на рынок не просто с аппаратной реализацией, а с комплексно поддержанной системой. Как уже упоминалось выше, у пользователей и системных интеграторов нет времени на разработку базовых программных системных средств и библиотек "нижнего" уровня. Texas Instruments является лидером и всегда предоставляет целый слой программного обеспечения практически одновременно с выходом на рынок очередного DSP продукта.

Таблица 3. DSP процессоры 4 поколения
Компания	DSP процессор	Тактовая частота	Архитектура	Встроенная память	Пиковая производительность
Analog Devices	Hammerhead	100 МГц	SIMD 32 плав.точка	500 KB	200M 16р MACs 200М FP MACs
	TigerSHARC	300 МГц	VLIW, SIMD 32 плав.точка	???	2000M 16p MACs 4000 MIPS
Lucent	16210	100 МГц	16 фикс.точка	120 KB	200M 16р MACs
	16240	200 МГц	16 фикс.точка	120 KB	800M 16р MACs
Lucent/Motorola	Star*Core	300 МГц	VLIW, SIMD 16 фикс.точка	???	1200M 16p MACs 3600 MIPS
Texas Instruments	C62x	200-300 МГц	VLIW 16 фикс.точка	128-896 KB	500M 16p MACs 2000 MIPS
	C67x	167 МГц	VLIW 32 плав.точка	72-128 KB	333M 16p MACs 333М FP MACs

В таблице 4 приведена более подробная информация о семействах DSP-процессоров компании Texas Instruments.

Таблица 4. DSP процессоры Texas Instruments серии TMS320C6xxx
	C6201B	C6202	C6203	C6211	C6701	C6711
Производительность	1600 MIPS	2000 MIPS	2400 MIPS	1200 MIPS	1 GFLOPS	900 MFLOPS
Память	128K	384K	896K	72K	128K	72K
Цена	$80-100	$110-170	$130-190	$20-40	$110-170	$20-50
Производство	1999	1999	3 кв 2000	1999	1999	2 кв 2000

Процессоры серии С62xx и C67xx являются первыми высокопроизводительными кристаллами с архитектурой Very Large Instruction Word (VLIW). Применение такой архитектуры позволяет в этих процессорах одновременно исполнять до 8 32-разрядных команд. Именно эти DSP процессоры являются наиболее применяемой базой для построения специализированных вычислительных модулей в системах компьютерной телефонии.