Processori per la radio digitale

PROCESSORI –

Basato sulla filosofia del “processore configurabile”, il core HiFi 2 di Tensilica è ora pronto anche per standard quali Dab, DRM ecc. Il set di istruzioni ottimizzato consente di utilizzare basse frequenze di clock e quindi di limitare i consumi.

Tensilica ha annunciato che il proprio processore HiFi 2 (un core di proprietà intellettuale specializzato nelle applicazioni audio, pronto per essere integrato all'interno dei System-on-Chip) è oggi corredato dei pacchetti necessari per supportare tutti gli standard della radio digitale (terrestre e satellitare) utilizzati nelle varie parti del mondo. L'elenco dei “pacchetti audio” offerti comprende i formati HD Radio (tecnologia fornita da iBiquity Digital), Dab (oggi disponibile con il decoder MP3 di HiFi 2), Dab+ (disponibile da Tensilica e certificato da Dolby), Drm (sempre tramite una collaborazione con Dolby), XM Satellite (disponibile da XM Satellite), T-Dmbe infine Isdb(disponibile con i decoder Aace HE-Aac). L'interesse di Tensilica per la radio digitale si basa ovviamente sulle prospettive di forte sviluppo previste per questo specifico settore di mercato. Com'è noto, infatti, anche le trasmissioni radio terrestri nelle bande attualmente occupate dalle emittenti Am (535-1700 kHz) ed Fm (88-108 MHz) sono destinate ad abbandonare le tecnologie analogiche in favore delle digitali. La trasformazione offrirà i tipici vantaggi che normalmente sono associati alle trasmissioni digitali: migliore sfruttamento della banda disponibile (ad esempio un canale Am potrà offrire una qualità sonora paragonabile a quella oggi ottenibile solo in Fm), possibilità di trasmettere anche dati alfanumerici (riguardanti le canzoni o il traffico veicolare), minore sensibilità alle interferenze, possibilità di realizzare applicazioni avanzate come l'audio “surround” ecc.

Il core HiFi 2
HiFi 2 è un processore dotato di un set di istruzioni ottimizzato per le applicazioni audio, sviluppato da Tensilica modificando opportunamente la propria architettura di base Xtensa, giunta alla seconda generazione. Per dare un'idea del livello di ottimizzazione basterà ricordare che sono state aggiunte trecento istruzioni specificamente rivolte agli algoritmi audio. Un approccio che evidentemente si discosta in modo netto dalla filosofia Risc (questo set di istruzioni, infatti, non può certo dirsi “ridotto”) ma che consente comunque di mantenere una facile programmabilità in C/C++. L'ottimizzazione del set di istruzioni ha effetti molto sensibili sulle prestazioni, poiché consente di ridurre le dimensioni totali del codice e quindi di eseguire gli algoritmi audio a frequenze di clock molto basse: in uno degli esempi forniti dalla società, la decodifica di un file Mp3 viene effettuata con un clock a 5,7 MHz. Chris Rowen, fondatore di Tensilica, ha affermato nel corso di un recente incontro con la stampa che questa riduzione della frequenza di clock consente al core HiFi 2 di consumare un quinto dell'energia assorbita da un processore Arm (il confronto è riferito sempre alla decodifica Mp3). Ha inoltre aggiunto che l'ottimizzazione del set di istruzioni è stata ottenuta senza aumentare eccessivamente le dimensioni del core. Il processore HiFi 2 ha già ottenuto un notevole successo in numerose applicazioni audio ed è infatti utilizzato da cinque dei dieci principali produttori di semiconduttori. Secondo Tensilica, inoltre, HiFi 2 è attualmente l'unico core capace di farsi carico di tutte le elaborazioni audio richieste dallo standard dei dischi Blu-ray; le altre soluzioni richiedono invece l'impiego di due core.

La filosofia del processore configurabile
Tensilica ha potuto realizzare facilmente un core ottimizzato per le applicazioni audio grazie alla propria tecnologia basata sul concetto di “processore configurabile”. Si può dire che la società abbia sviluppato un sistema per generare automaticamente progetti di processori in funzione degli algoritmi da eseguire, espressi in C/C++. Analizzando l'algoritmo, il sistema è in grado di modificare un'architettura di base con l'aggiunta di istruzioni ottimizzate, registri, nuovi tipi di dati ecc. Sempre in modo automatico, il sistema genera anche il compilatore necessario per programmare il particolare processore così ottenuto. Tensilica, in sostanza, semplifica la creazione di un processore dotato di un set di istruzioni ottimizzato per ogni particolare applicazione. La procedura impiegata consente di realizzare processori “correct by construction”, che possono essere direttamente inseriti nell'ambito di un SoC. Questa tecnologia apre la strada a un nuovo approccio nel perseguimento di velocità di elaborazione più alte. Gli approcci tradizionali - che presuppongono l'impiego di un processore di caratteristiche date e immutabili - si basano sull'aumento della frequenza di clock (con il conseguente aumento dei consumi), oppure sull'aggiunta di acceleratori hardware progettati in Rtl (che richiedono una complessa fase di verifica del progetto), o ancora sull'aggiunta di un secondo core Dsp (che aumenta la complessità del SoC e solitamente non si presta alla programmazione in C/C++). Intervenendo sul set di istruzioni, invece, diviene possibile realizzare processori ottimizzati che consentono di ridurre le dimensioni del codice (quindi la frequenza di clock, quindi i consumi) e che offrono potenza sufficiente per farsi carico di tutte le elaborazioni richieste dal SoC. Il tutto, almeno stando a quanto sostiene Tensilica, mantenendo una notevole facilità di programmazione in C/C++. La soluzione offerta da Tensilica è particolarmente utile in molte applicazioni audio e video, che richiedono l'esecuzioni di algoritmi in tempo reale e al tempo stesso impongono vincoli di consumo molto stringenti (è il caso dei prodotti portatili).

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