Состояние и тенденции развития рынка устройств ЦОС

В зависимости от требований конкретного приложения, бюджета разработки, объемов поставок конечного изделия и ряда субъективных факторов разработчики могут использовать широкий спектр как чисто аппаратных, так и программируемых устройств ЦОС. Несмотря на широкие существующие возможности по созданию новых заказных полупроводниковых элементов, основными трудностями при разработке чисто аппаратных устройств ЦОС являются:

- постоянно растущая цена разработки и проектирования IC, определяемая повышением тактовых частот и степени интеграции элементов на кристалле;

- невозможность или неэффективность использования жестких аппаратных схем в некоторых приложениях, предполагающих автоматическое изменение/настройку алгоритма обработки данных.

Разделение рынка между устройствами различных классов для обработки ЦОС, приведены на рис.___.

 

а) Устройства ЦОС б) Программируемые DSP-процессоры

 

 

Рынок устройств ЦОС в 2002г. оценивался примерно в 13.3 млрд.долл. с ежегодным приростом порядка 25-30%. Это объясняется высоким растущим спросом на недорогие и производительные потребительские товары, такие как сотовые телефоны, мультимедийные компьютеры, системы высококачественного звуковоспроизведения, бытовые приборы.

DSP-процессоры обычно распространяются в одной из трех форм:

- в виде IP-ядра, включающего набор регистров, вычислительные блоки, генератор(ы) адресов и программный секвенсор (обычно приобретаются компаниями, производящими собственные интегральные схемы в качестве вычислительного ядра, "обшиваемого" нужной периферией для ввода/вывода данных, памятью и т.п.);

- в виде процессора (приобретаются разработчиками готовых систем и составляют основную часть продаваемых ЦСП);

- в виде готовых решений и плат расширения с уже смонтированными на них одним или несколькими сигнальными процессорами, которые имеют кроме того дополнительную память, ЦАП или АЦП, разъемы для подключения ПЗУ и могут быть использованы либо в качестве самостоятельной вычислительной системы, либо в качестве платы расширения, подключаемой к хост-компьютеру или персональной ЭВМ (board level, распространяются т.н. производителями – третьими фирмами Third Party Developers).

На сегодняшний день можно говорить о следующих тенденциях на рынке DSP-процессоров:

- специализированные микропроцессорные средства (например, микроконтроллеры), решавшие ранее узкий круг задач, в настоящее время становятся серьезным конкурентом сигнальным процессорам в первую очередь при решении задач, не требующих больших вычислительных ресурсов аппаратуры, но чувствительных к ее стоимости (в среднем, стоимость микроконтроллера ниже стоимости сигнального процессора). Благодаря новым архитектурным решениям, нацеленным на повышение производительности своего ядра, расширение коммуникационных возможностей и т.п. они находят все более широкое применение. Все большее распространение в настоящее время получают гибриды DSP/Microcontroller, примеры – архитектуры TMS320C2000 и ADI Blackfin.

- с ростом популярности тех же мультимедийных технологий все большее внимание со стороны производителей уделяется поддержке алгоритмов цифровой обработки сигналов на уровне команд микропроцессора. Отмечается тенденция переноса акцентов с чисто числовых операций на операции с типами данных, характерных для обработки аудио и видеоинформации. Примерами могут служить обеспечивающие поддержку мультимедиа на аппаратном уровне универсальные процессоры с расширением системы команд (Pentium MMX и SSE, SSEII, Pentium II (Intel), K6 (AMD), 6x86MX (Cyrix), UltraSPARC (Sun Microsystems), AltiVec (PowerPC)).

Хотя зачастую универсальные процессоры могут обеспечивать такую же скорость, как DSP, или даже выше, DSP-процессоры позволяют достичь наилучшего соотношения между производительностью, энергопотреблением и стоимостью. В то же время, это различие, скорее всего, не является непреодолимым для производителей обычных процессоров в будущем. Другим ключевым моментом является проблематичность использования суперскалярной архитектуры и ее динамических возможностей (как в большинстве современных универсальных компьютеров для максимальной производительности) для реализации детерминированной модели обработки данных.

Для универсальных процессоров разработано больше программного обеспечения. Новые поколения универсальных процессоров сохраняют совместимость по коду, тогда как для модернизации проекта для нового DSP обычно требуется изучать его архитектуру, систему команд, модернизировать код (на Ассемблере) и т.п. До тех пор, пока универсальные процессоры не были способны обрабатывать цифровые сигналы в реальном масштабе времени, т.е. не могли напрямую соперничать с DSP эти различия были не критичны. В настоящее время ситуация изменилась и производители DSP стали уделять значительно больше внимания усовершенствованию архитектуры, повышению производительности (не путем повышения тактовой частоты, а путем распараллеливания команд), внедрению разработке новых программных сред для создания ПО и т.п. Возможно, результатом этого соперничества станет появление каких-либо новых технологий, "совершенных" процессоров или чего-то другого.