Состояние отечественных разработок в области высокопроизводительных вычислений

Телекоммуникационный микропроцессор NVCom-01

Телекоммуникационный микропроцессор NVCom-01 ("Навиком") является программируемой трехпроцессорной "системой на кристалле" со встроенной функцией 48-канальной ГЛОНАСС/GPS-навигации [88].

Микросхема "Навиком" обеспечивает аппаратно-программную поддержку функций обработки навигационного сигнала ГЛОНАСС/GPS, процедур цифровой обработки сигналов, ряда коммуникационных процедур (Витерби, турбокодирования, корреляции и др.), обработки изображений.

Микросхема спроектирована по технологии 0,13 мкм на базе IP-ядерной платформы "Мультикор" [87], размеры кристалла 8,8 9,5 мм мм, 60 млн транзисторов.

Возможности микропроцессора позволяют использовать его в широком диапазоне областей применений:

• абонентские терминалы мультистандартных систем профессиональной связи (от стандарта TETRA до систем 3G) со встроенной функцией навигации;
• портативные ГЛОНАСС/GPS-приемники, в том числе для подвижных платформ (автомобилей, железнодорожного транспорта);
• аппаратура цифрового телевидения (DVB) и радио (DRM);
• IP-камеры с "интеллектуальным зрением", IP-телефония;
• аппаратура беспилотных летательных аппаратов (БПЛА);
• специальные применения.

Микропроцессор NVCom-01 позволяет замещать высокопроизводительные DSP-процессоры зарубежного производства, в том числе микросхемы ADSP TS201 (ADI), ряд микросхем серии OMAP (TI), навигационные микросхемы SiRF Atlas-III (SiRF).

Основные характеристики:

• тактовая частота: до 300 МГц;
• архитектура трехъядерная, MIMD (Multiple Instructions Multiple Data). RISC-ядро: MIPS32 — архитектурно совместимое с гапроцессором арифметики в формате с плавающей точкой; устройство умножения и деления; два DSP-ядра SISD-архитектуры, образующих новое программируемое сдвоенное "мега-ядро" сигнального процессора с плавающей и фиксированной точкой и общим полем памяти — DELCore-30 (Dual ELVEES Core);
• пиковая производительность: 3,6 Гфлопс (float32) / 14.4 Гоп./с (int16)/ 28.8 Гоп./с;
• FFT — 1024 (комплексное): 4,7 мкс (блочная плавающая точка, 16 бит) и 15,4 мкс (плавающая точка, 32 бита, IEEE754);
• интегральный объем встроенной памяти: 4 Мбит (для всех процессорных ядер);
• 32-разрядный порт внешней памяти MPORT со встроенным контроллером доступа к внешней памяти типа SRAM/SDRAM/ SBSRAM/FLASH/ROM;
• встроенный DMA-контроллер;
• последовательные порты I2C, USB, Ethernet 10/100 Мбит/с, 2 порта UART, 4 многофункциональных порта MFBSP (I2S/ SPI/ SHARC LPORT/ GPIO) с DMA;
• порты ввода и вывода видеоданных;
• JTAG IEEE 1149.1, встроенные средства отладки программ (OnCD);
• встроенный умножитель/делитель входной частоты (PLL);
• интервальный таймер (IT), таймер реального времени (RTT), сторожевой таймер (WDT).

Многоканальный навигационный коррелятор (МСС):

• 48 каналов слежения;
• навигационные сигналы GPS С/A, GPS L2Q ГЛОНАСС СТ;
• устройство быстрого поиска (Fast Search Engine, FSE);
• прикладные библиотеки обработки/сжатия видео- и аудиосигналов: FFT, фильтрации, адаптивной фильтрации, JPEG/MJPEG/ MPEG2/MJPEG4-видеокодер; MР3 аудио-декодер, TETRA (аудиокодек), IP-телефонии и др.;
• средства разработки: среда разработки и отладки программ MCStudio3, ядро ОС Linux 2.6 (планируется);
• напряжение питания: периферия — 3,3 В, ядро — 1,2 В;
• частота/мощность потребления, МГц/мВт: 80/280 и 300/ 1000, программируемые режимы энергосбережения;
• корпус: HSBGA400, размер 21 21 мм мм (в серии планируются корпуса размером 10 10 мм мм и SIP-модули на базе NVCom и SDRAM/FLASH).

Примечание. приведены параметры микросхем при работе в нормальных климатических условиях.

NVCom-01 программно совместим снизу c серией сигнальных микропроцессоров "Мультикор" (1892ВМxx) разработки НПЦ "ЭЛВИС", а также с другими разработками фирмы (1288ХКxx, 1892ХДxx, 2008ВГ1Я, 1508ПЛ8Т, 1508ПЛ9Т).

RISC-ядро является ведущим в трехпроцессорной конфигурации микросхемы и выполняет основную программу. Для RISC-ядра обеспечен доступ к ресурсам DSP-ядер, являющихся ведомыми по отношению к RISC-ядру.

Таблица 14.6. Параметры быстродействия микросхем NVCom-01

Характеристика	Значение
Тактовая частота, МГц	300
Формат фиксированной точки (int16)
Пиковая производительность, млн.оп./с	14400
МАС, млн.оп./с	4800
МАС комплексный, млн.оп./с	1200
КИХ — фильтр, нс/отвод	0.22
КИХ — фильтр комплексный, нс/отвод	0.75
FFT — 1024, комплексное, блочная плавающая точка, мкс	4.7
FFT — 2048, комплексное, блочная плавающая точка, мкс	9.4
FFT — 256, комплексное, блочная плавающая точка, мкс	0.94
DCT — 8, нс	13.4
DCT — 8 x 8, блочная плавающая точка, нс	267
Пороговый анализ, нс/отсчет	0.21 (int16) 0.42 (int32)
Упорядочение (поиск N максимумов), нс/отсчет:16-разрядный целый формат 32-разрядный целый формат 32-разрядная плавающая точка, знак известен 32-разрядная плавающая точка, знак неизвестен	0.2 N 0,4 N 0.4 N 1.7+0.4 N
Медианная фильтрация (в окне размером N), нс/вых.отсчет	25 ([N/8]+1)
Декодер Витерби (скорость 1/2, мягкие решения, 16-разрядный целый формат метрик), нс/метрика:	1.7
Формат фиксированной точки (int8)
Пиковая производительность, млн.оп./с	28800
МАС комплексный, млн.оп./с	2400
Формат плавающей точки (float24.e8)
Пиковая производительность, Мфлопс	3600
FFT — 1024 (комплексное, плавающая точка, 32 бита, IEEE754), мкс	15.4
Формат плавающей точки (float32.e16)
Пиковая производительность, Мфлопс	60

На базе микросхемы NVCom-01 разрабатывается линейка навигационных приемников и абонентский терминал стандарта "TETRA" c подключением IP-камеры.

Краткие итоги

Основная доля работ нацелена на обработку сигналов в реальном времени. Преобладают асимметричные процессоры, имеющие ядро общего назначения и одно или несколько ядер сигнального процессора.

Программная поддержка включает в себя среду разработки, основную ориентацию на системы Linux и операционные системы реального времени, в частности QNX.

Целевые приложения:

• радиолокационные и гидроакустические системы;
• фазированные антенные решетки;
• связь и телекоммуникация: базовые станции, DVB-приемники и т. д.;
• сигнальная обработка: БПФ, фильтрация, корреляция, быстрая свертка;
• графические ускорители;
• высокоточная обработка данных для малогабаритных мобильных и встраиваемых систем;
• системы промышленного контроля.

Контрольные вопросы

1. Из каких основных блоков состоит микропроцессор 1891ВМ3?
2. Опишите общую структуру микросхем сигнальных процессоров серии "Мультикор".
3. По кокой архитектуре построен телекоммуникационный микропроцессор NVCom-01?

Упражнения

1. Дайте характеристику средствам программирования микропроцессоров отечественных серий.
2. Проведите сравнение направлений развития иностранных и отечественных микропроцессоров.