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標題:	[轉載] 多媒體應用處理器效能強化關鍵

作者:	jjdai　(jjdai)
圖
時間:	2008-10-17 01:35:20
來源:	122.116.236.55
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技術專題

多媒體應用處理器效能強化關鍵

唐鴻／DIGITIMES

2008/10/16

行動終端裝置由於多媒體應用廣泛，而且對品質的要求更甚以往，例如，2D顯示提升為3D顯示，而同時進行影音、通訊、導航…等任務，已是基本應用！從基頻處理器外分出專用多媒體應用處理器，甚至還必須大規模強化多媒體應用處理器效能，應付日漸繁重的處理需求…

圖說：行動終端裝置應用愈來愈豐富，但系統能應用的資源卻相對有限，如何讓裝置展現最佳多媒體呈現效果？處理器架構與效能絕對是重要關鍵！時下如PDA、PMP、PND…都需要極高運算效能支持，架構最佳化多媒體應用處理器與系統環境，已是這類行動裝置實用價值的重要基礎…

手機、數位電視、數位相機、個人導航裝置(PND)、可攜式播放機(PMP)…等，處理原本主要用途的元件，稱為基頻處理器(Baseband Processor)，不過在多媒體運用，特別是愈強調品質的影音播放用途，已超越基頻處理器的處理能力，因此，多媒體應用處理器(Multimedia Application Processor)，成為行動裝置中協同處理器一員。

換言之，多媒體應用處理器原本只是行動裝置內眾多處理器的1種，以手機為例，內部處理器根據IDC定義，有高階多媒體應用處理器(High-End Multimedia Application Processor)、基頻或整合式基頻處理器(Integrated Baseband Processor)、作業系統應用處理器(OS Application Processor)、多媒體應用處理器(Multimedia Applications Processor)、多媒體協同處理器(Multimedia Co-processor)、相機影像協同處理器(Camera Coprocessor)、及LCD螢幕控制器(LCD Controller)…等7種。

上述眾處理器中，現今多媒體應用無論質與量都與時俱進的市場趨勢，多媒體應用處理器在許多原本並非職司此道的行動裝置上，反成了重要元件！其設計與發展趨勢足以影響行動裝置整體表現。

高品質多媒體應用漸多　多媒體應用處理器強化效能

多媒體應用處理器發展迄今，第1個重要的設計方向，便是強化效能。作法分為2類，其一是在原本架構上，作更進一步加強、調校，直接的作法是提升時脈，並非線性提升，更重視每時脈所能帶來的效率(如MIPS或DMIPS/MHz)，所以，微架構調整也相當重要。

多媒體應用處理器微架構強化方向相當多，舉例而言，使用更高效率超純量管線(Super-scale Pipeline)，讓單一時脈能執行多重指令；強化浮點運算單元(FPU)，如加快單倍與雙倍精準度純量運算作業速度，並加入額外16位元浮點運算資料類型轉換指令，增進與嵌入型3D處理器間資料交換速度；內建多媒體處理單元(Media Processor Engine)，支援SIMD運作模式，如每週期能處理8、16、32位元整數與32位元浮點運算資料，甚至支援混合資料類型，排除封裝/解封裝耗費的資源，及結構化載入/儲存功能，讓資料不必於演算格式與機械格式間來回轉換。

在微架構外部方面，可強化與記憶體間存取效率，如加大快取容量/頻寬、降低遲延，解決L1/L2快取間的一致性問題，例如，設立1個偵測控制單元(Snoop Control Unit；SCU)然而，任何接觸記憶體中的關聯區域存取，SCU都將進行監控，測試要求的資訊是否已儲存在處理器L1快取中，若資訊已存於快取內，就直接傳回發出要求元件，否則會利用最佳化演算法，儘量使資料儘可能利用L2快取，藉此排除直接寫入晶片外部記憶體衍生的功耗，並提高整體效能。

單核發展面臨瓶頸　多核心技術應戰

單核心最佳化，面臨多工處理時發生瓶頸，例如，1個行動終端可能同時進行視訊/音訊播放、導航定位、資料庫搜尋、無線傳輸…等工作，效能再強大的單一多媒體應用處理器，往往也因此捉襟見肘，所以，多核心成最佳解決方案。不過此處必須說明，這裡談的並非基頻/多媒體應用處理器封裝在一起的異質多核心架構，而是多媒體應用處理器本身就採用同質多核心運作。

多核心架構帶來效能提升，在軟體支援環境下，利用新增指令讓多核心處理器於程式執行時，動態從超純量執行切換成執行多個並行執行緒，建立程式內執行多執行緒機制，僅雙核心針對解碼MPEG-2效能，就比單核心提高52％！不過，多核心真正的價值，除直接效能性提升外，更重要的是多核心處理器還能充分利用不同應用指令間的平行處理(Instruction-Level Parallelism；ILP)和執行緒階層平行化(threading-Level Parallelism；TLP)，換言之，具較高ILP與TLP應用，對於多核心架構適應力較高，效能提升幅度也會更大。

至於採多核心的負面影響，則分為硬體與軟體方面。硬體方面是在寸土寸金的行動終端裝置，多了1組核心，就表示多1倍電晶體，但多數應用環境中，效能卻並非等比提升1倍，但目前半導體技術進步，多核設計可有程度不等的電晶體共用(如L2快取或記憶體邏輯控制電路共用…等)，降低多核晶片尺寸與功耗。

反而軟體問題比較複雜，例如，多個執行緒甚至應用程式存取同1個記憶體區塊問題，如果，某1個程式沒有針對多核心運作最佳化，可能就會讓系統不穩定，因此，因應多核環境修正嵌入式軟體與針對多核心最佳化，是目前推展多核心多媒體應用處理器頗大的阻礙。

不過，總體來看，就如同x86處理器在時脈發展遭遇高耗能與高熱瓶頸後，即透過多核心抒解的發展軌跡，多媒體應用處理器採多核心抒解性能瓶頸，也是必然趨勢，不過多核心對於晶片面積更為敏感，因此，半導體製程進展成為開發關鍵。此外，多核心架構的省電機制設計也相當重要，如果分配得宜，能比單核心更省電、且效能更高。

圖說：多媒體應用處理器設計的首要目標，是彈性架構與效能強化，以適應各種裝置需求。(Toshiba)

圖說：多核心運作可強化處理器架構，也是多媒體應用處理器設計趨勢，但軟體支援度仍有待考驗。(ARM)

(Modified by [jjdai] from 122.116.236.55 at 2008-10-17 01:35:59)

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