Xcell China 27 - (Page 9) 技 術 專 欄 高性能數字信號 處理的Virtex-5 SXT 選擇方案 了解對高性能DSP的需求 作者：Brent Przybus Xilinx 公司 高級產品部 高級產品營銷營理 傳統的 DSP 解決方案是順序控制邏 輯與若干算術邏輯單元 (ALU) 的組合。 ALU 提供乘加功能，而順序控制邏輯則 負責代碼解釋和控制。其帶寬由系統的 頻率和可並列運行的 ALU 的數量決定。 以2GHz基頻運行並具有八個並行ALU的 解決方案可提供16 GMAC（每秒160 億 次乘累加運算）的 DSP 帶寬。 FPGA 通過可編程邏輯或固化的嵌入 式處理器提供用戶定義控制。提高性能 的主要因素是提供乘加功能的 DSP Slice 的可變數量（見圖 2）。其帶寬由基頻和 DSP Slice 的數量決定。Virtex-5 SXT 器件最 高以 550 MHz 頻率運行，具有多達 640 個 DSP Slice，因此最高可提供 352 GMAC 的 DSP 帶寬。在給定頻率下，與最先進的傳 統 DSP 解決方案相比，Virtex-5 SXT 解決方 案可提供的 DSP 資源數多達 40 倍。 方法，允許 Virtex-5 器件中 640 個自 成一體的 DSP48E Slice 各自獨立工作 或相互結合工作，在各 Slice 之間使 用完全相同的互連（見圖 3）。 • Virtex-5 器件中的 DSP48E Slice 已經 針對 65 納米工藝尺寸進行了優 化，並且為達到最高性能而使用了 Arithmetica 提供的先進的 MathIP。 • 整個系統（包括 DSP48E Slice、處理 器系統、可編程邏輯和存儲器）均 設計成使用一個外部系統時鐘協同 工作，時鐘工作頻率可達 550 MHz。 系統性能協調一致、可以控制且恆 久穩定。 信息時代對數據的渴求推動 數字融 合。三網合一、醫學影像、圖像處理、 國防、航空航天、安全和加密，這些都 需要提高數字信號處理 (DSP) 的性能，這 種形勢使傳統的解決方案、技術和方法 力不從心。 只要探討一下技術的進步以及算法複 雜性的隨之提高，就會明白這一點，算 法之複雜使現有的解決方案精疲力竭。 圖 1 用香農極限（通訊信道在給定噪聲 電平下的理論最大信息傳輸率）來說明 這一點。如圖 1 所示，傳統的通用處理 器 (GPP) 和 DSP 解決方案無法有效解決這 一極限問題。 變通辦法是用 FPGA 技術來實現數字 信號處理算法，與傳統解決方案相比， 這種辦法可將性能提高一個數量級。設 計 Xilinx® VirtexTM-5 SXT 器件系列就是為了 滿足這種變通的 FPGA 方法，此法可提供 獨特的資源比，從而盡可能有效提高數 字信號處理的性能。 使用 Virtex-5 SXT 解決方案 傳統的 DSP 解決方案和使用 Virtex-5 SXT FPGA 的解決方案各有千秋。傳統 DSP 享有在順序控制邏輯或處理器上運行的 現成代碼庫。這種解決方案可以重復使 用現有代碼，並且可提供易用的編程模 型。 - 3D Medical Imaging - Base Stations - HD Audio/Video Broadcast - Radar and Sonar - Video Surveillance - Software-Defined Radio - MIMO Virtex-5 SXT 高性能 DSP 解決方案 傳統 DSP 對 FPGA DSP 即使是最複雜的 DSP 算法，只要將其 分解成最基本的部分，就會發現是乘法 器、加法器和一些延遲單元。將這些基 本元件組合起來，即使最複雜的 DSP 算 法也可以實現。 Performance (Algorithmic and Processor Forecast) Virtex-5 SXT FPGA 能獲得如此高的 DSP 帶寬，其關鍵是解決方案設計精良，這 種方案可以達 到 550 MHz 的性 w 能，並且可通過 La n's no an 專用資源減少系 Sh Virtex-5 y: xit FPGA Zone ple 統瓶頸。能實現 om C it hm e Lim rit 如此完善的解決 anc go form Al Per GP /G 方案，其關鍵主 DSP Traditional 要是以下因素： Processor • DSP48E 運用 了脈動實現 Architectures Time 圖 1 – 日益提高的數字信號處理性能要求 ©2007 Xilinx Inc. 版權所有。XILINX、Xilinx 標誌以及本文件中包括的其他品牌名稱，是 Xilinx, Inc. 的商標。所有其他商標都是其各自所有者的財產。 2007年冬季刊 9
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