Qualcomm Hexagon SDK 3.0 ——DSP 功能與效率

“我希望使用DSP編程，讓我的應(yīng)用也能利用異構(gòu)計算。不過，它究竟是如何提升處理功能，改善計算效率，降低功耗的呢？”

軟件開發(fā)者的大多數(shù)問題最終均可歸結(jié)為這一點(diǎn)。在上一篇文章中，我講述了開發(fā)人員利用Hexagon SDK 3.0的Hexagon? Vector eXtensions (HVX) 創(chuàng)建的應(yīng)用。他們利用SDK開發(fā)視頻、計算成像、計算機(jī)視覺（CV）、機(jī)器學(xué)習(xí)及全時服務(wù)用例，這些用例往往要求更多的CPU資源，同時也是耗電大戶。

本文中，我將給出三點(diǎn)理由，說明他們?yōu)槭裁匆褂肧DK 3.0。

1. 提升處理能力：每個時鐘周期同時處理高達(dá) 1024位數(shù)據(jù)

HVX寬度——可同時處理的數(shù)據(jù)位數(shù)——每個時鐘周期應(yīng)用可執(zhí)行更多工作。

標(biāo)準(zhǔn)移動CPU為32位指令寬度，其計算協(xié)處理器擴(kuò)展4倍，達(dá)到128位寬度?；綡exagon處理器為64位指令寬度，是移動CPU正常寬度的兩倍，而HVX協(xié)處理器擴(kuò)展了8倍，達(dá)到1024位寬度。如下圖紅色所示，Hexagon DSP可結(jié)合兩個512位矢量模式單元，在單一時鐘周期處理1024位數(shù)據(jù)。HVX使用超長指令字（VLIW）實(shí)現(xiàn)驚人的工作寬度。因此，內(nèi)置HVX的Hexagon擁有比標(biāo)準(zhǔn)移動CPU 高出8-32倍的性能。

HVX 還具有另外一個重大優(yōu)勢。對移動CPU而言，利用了協(xié)處理器，則標(biāo)量處理器就處于空閑，魚和熊掌不可兼得。而對Hexagon處理器來說，協(xié)處理器和標(biāo)量處理器可以同時執(zhí)行指令，因此，可兩者兼得。

為什么這一點(diǎn)很重要？假設(shè)您在移動CPU控制代碼模式進(jìn)行處理，然后切換到協(xié)處理器的計算模式。此時，如果您需要使用控制代碼，就必須暫停，從協(xié)處理器返回到主CPU。而利用Hexagon處理器，DSP的控制代碼處理器和HVX的計算代碼處理器可同時運(yùn)行，緊密耦合控制和計算代碼。這樣，DSP可以獲取HVX計算結(jié)果，并且用于下一個時鐘周期的控制碼決定。Corephotonics和SMI在他們的應(yīng)用中利用了HVX緊密耦合的控制和計算代碼。

2. 提高計算效率：繞過 CPU的流式處理

HVX的流式處理模式適合于極低功耗相機(jī)處理。將數(shù)據(jù)直接從相機(jī)流傳輸?shù)紿exagon DSP本地內(nèi)存（二級緩存），HVX使得超越攝影的新用例成為可能，比如計算機(jī)視覺（CV）、計算成像和機(jī)器學(xué)習(xí)。

HVX繞過執(zhí)行相機(jī)處理功能的DDR存儲器控制器和外部存儲器，而利用現(xiàn)有二級緩存進(jìn)行處理，旨在降低攝像頭和視覺處理算法延遲、耗電量和CPU/DDR訪問需求。

在相機(jī)流處理的例子中，比方說您的應(yīng)用需要將數(shù)據(jù)從相機(jī)感光元件移動到設(shè)備處理器。如果沒有HVX，應(yīng)用需將數(shù)據(jù)讀取到DDR內(nèi)存，然后由CPU讀取DDR執(zhí)行計算，這樣，在真正的處理還沒有開始之前就消耗了數(shù)十毫瓦電量，并且造成DDR內(nèi)存往返延遲。利用Hexagon SDK 3.0，您可以在Hexagon DSP的HVX中直接處理流式傳輸，避免臨時存儲，省卻傳輸步驟，而且還不用涉及到CPU。

事實(shí)上，Qualcomm? Snapdragon?處理器的CPU和其他元件的設(shè)計就是在整個操作中保持空閑。通常情況下，如果其它元件參與的話，整體芯片會消耗更多電量，但是，如果只需要DSP就能滿足要求，就沒有必要調(diào)用這些元件。

通過直接在DSP運(yùn)行數(shù)據(jù)，HVX可以在本地處理數(shù)據(jù)，盡可能地降低總耗電量。這一點(diǎn)對于集成視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用來說尤其有用，可以在隔離狀態(tài)下立即處理相機(jī)數(shù)據(jù)。如果DSP上的機(jī)器學(xué)習(xí)確認(rèn)某事件需要額外的處理能力，HVX可以觸發(fā)調(diào)動芯片上的其他元件。

3. 降低功耗：始終在線感知

智能手機(jī)越來越聰明，如果它們能夠始終保持警覺，就更加有用了。保持警覺的重要一環(huán)就是依賴DSP的始終在線感知：

HVX 解決了始終在線感知領(lǐng)域兩個揮之不去的問題。首先，始終保持警覺需要消耗巨多電量。但是，運(yùn)行在DSP的HVX 本身耗電量極低，而且無需調(diào)動其它元件就可以做到始終在線感知。其次，視覺一直是最難以捉摸的始終在線感知能力，因?yàn)橄鄼C(jī)數(shù)據(jù)流式傳輸時會經(jīng)過主芯片。但是，HVX 打通了一條直接從相機(jī)傳輸數(shù)據(jù)到DSP的通道。和其他感知能力一樣，借助HVX，始終在線的視覺只有在需要額外處理能力時才會調(diào)用芯片的其它元件。

以前的文章中我介紹了Hexagon DSP編程將帶來高性能、低功耗的優(yōu)勢。您不妨試試它在始終在線感知狀態(tài)下的表現(xiàn)。

接下來...

您現(xiàn)在可以開始使用HVX了，因?yàn)榇钶d了Snapdragon 820處理器的商業(yè)設(shè)備，包括OnePlus 3、HTC 10、Samsung Galaxy S7、LG G5內(nèi)置HVX。一些廠商依靠HVX使他們產(chǎn)品的相機(jī)和視頻功能獨(dú)樹一幟。

Hexagon SDK 兼容 Windows與Linux。下載Hexagon SDK 3.0，看看您如何針對自己的應(yīng)用提高處理能力、改善計算效率、降低耗電量。