數(shù)字信號處理技術(shù)無處不在。如今的設(shè)備常常配備數(shù)十個傳感器，這些傳感器采集的數(shù)據(jù)要經(jīng)過篩選與聚合處理后，才能為人工智能（AI）模型所用。隨著人工智能工作負(fù)載在各行各業(yè)中日益普及，嵌入式系統(tǒng)對強(qiáng)大且高效的信號處理能力的需求也與日俱增。這些計算密集型人工智能算法通?？刂拼a量有限，主要在數(shù)據(jù)流上運行，并且要求具備硬實時性能，同時滿足低延遲的嚴(yán)格限制。

因此，數(shù)字信號處理器（DSP）成為了解決方案中不可或缺的關(guān)鍵部分。與通用處理器不同，DSP能夠并行執(zhí)行矢量化計算，從而最大限度地減少計算周期數(shù)和延遲。然而，增加矢量大小會占用更多的芯片面積，因此需要在性能與效率之間找到恰當(dāng)?shù)钠胶狻?/p>

這正是行業(yè)需要更多選擇的原因所在。開發(fā)者在挑選DSP時，不僅要確保其能滿足特定應(yīng)用的性能要求，還要使其符合給定的芯片面積和功耗預(yù)算限制。幸運的是，新思科技的ARC VPX產(chǎn)品系列最近進(jìn)行了擴(kuò)展，正好滿足了這一需求。

新型ARC VPX6處理器為該產(chǎn)品系列引入了1024位矢量處理功能，進(jìn)一步豐富了現(xiàn)有的VPX系列，該系列還包括VPX5（512位）、VPX3（256位）和VPX2（128位）等不同版本。VPX6在將峰值性能提升至原來兩倍的同時，還能與VPX系列的其他成員保持完全的軟件兼容性。開發(fā)者只需對硬件進(jìn)行升級，而無需重新編寫代碼，就能從一開始便實現(xiàn)性能的顯著提升。

ARC VPX DSP系列

ARC VPX DSP系列是專為低功耗、高吞吐量計算而設(shè)計的高性能矢量DSP。這些處理器廣泛應(yīng)用于汽車傳感、人工智能視覺系統(tǒng)、雷達(dá)/激光雷達(dá)和工業(yè)自動化領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域，對海量數(shù)據(jù)流進(jìn)行實時處理至關(guān)重要。

早期的VPX處理器支持128位、256位和512位的矢量長度，這使得開發(fā)者能夠根據(jù)工作負(fù)載選擇最高效的處理配置。這些處理器具有魯棒的多核可擴(kuò)展性，但隨著更高分辨率攝像頭、更密集傳感器陣列以及更復(fù)雜人工智能模型的出現(xiàn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量持續(xù)增長，許多應(yīng)用對并行處理效率提出了更高的要求。

新型ARC VPX6通過引入1024位矢量處理功能，進(jìn)一步擴(kuò)充了VPX系列，其數(shù)據(jù)吞吐量相較于VPX5提升了一倍。VPX6在與之前VPX處理器保持向后兼容性的基礎(chǔ)上，提供了一種可擴(kuò)展的高效解決方案，以滿足新一代人工智能和嵌入式系統(tǒng)的需求。

VPX6的突出優(yōu)勢

ARC VPX6的核心改進(jìn)在于其引入了1024位矢量單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）處理技術(shù)，該技術(shù)顯著提高了計算效率。借助SIMD架構(gòu)，VPX6能夠同時對多個數(shù)據(jù)點執(zhí)行單一操作，從而減少了所需的計算周期。與VPX5的512位處理能力（每周期可執(zhí)行64次單精度浮點運算）相比，VPX6的運算能力達(dá)到了其兩倍，每周期可執(zhí)行128次運算。這使得VPX6在圖像濾波、雷達(dá)批量快速傅里葉變換（FFT）、人工智能預(yù)處理以及傳感器融合等工作負(fù)載中表現(xiàn)出色，性能得到了顯著增強(qiáng)。

除了強(qiáng)大的原始計算能力外，ARC VPX6還配備了先進(jìn)的直接內(nèi)存訪問（DMA）引擎，該引擎能夠確保數(shù)據(jù)持續(xù)不斷地流向處理器，避免出現(xiàn)空閑周期，從而最大限度地提高數(shù)據(jù)吞吐量。VPX6支持雙緩沖技術(shù)，能夠有效地隱藏內(nèi)存延遲，從而最大限度地提高了計算效率。

值得注意的是，矢量處理受阿姆達(dá)爾定律的約束。那么，并行化的程度能夠達(dá)到多高，以及在哪個階段將任務(wù)分配給多個并行工作的內(nèi)核更為合適呢？這些問題的答案取決于具體的應(yīng)用工作負(fù)載。而VPX6的出現(xiàn)為開發(fā)者提供了更多的選擇。

▲ 新思科技 ARC VPX 數(shù)字信號處理器 IP

可擴(kuò)展性、可配置性與易用性

ARC VPX6完全向后兼容VPX2、VPX3和VPX5，能輕松集成到新設(shè)計或現(xiàn)有設(shè)計中。例如，新思科技提供了與矢量長度無關(guān)的庫，確保之前為VPX處理器編寫的遺留軟件無需修改，就能在VPX6上運行。這種兼容性縮短了開發(fā)周期，開發(fā)者不用修改現(xiàn)有代碼庫，就能輕松升級解決方案。與矢量長度無關(guān)的設(shè)計方法，使得基于相同的軟件基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠開發(fā)出滿足不同性能需求（從低端到高端）的完整產(chǎn)品系列。

與VPX系列的其他成員一樣，VPX6具有高度可配置性。例如，開發(fā)者可以輕松定義寄存器數(shù)量、L1和L2內(nèi)存大小等參數(shù)，或者決定是否在架構(gòu)中集成數(shù)學(xué)和FFT加速器。這種靈活性使工程師能夠根據(jù)具體的應(yīng)用需求定制架構(gòu)，有效地避免了芯片面積和功耗的不必要開銷。

為了進(jìn)一步提高可擴(kuò)展性，VPX6提供了多種配置選項：單核（VPX6）、雙核（VPX6x2）和四核（VPX6x4）。這些完全集成的多核解決方案配備了共享的DMA引擎、內(nèi)存一致性機(jī)制、同步支持以及運行時庫。這使得開發(fā)者能夠根據(jù)特定的工作負(fù)載需求，對性能和能效進(jìn)行優(yōu)化。

VPX系列的所有成員均采用ARC處理器擴(kuò)展（APEX）專利技術(shù)，允許開發(fā)者創(chuàng)建用戶自定義的標(biāo)量和矢量指令。同時，它還支持集成定制的硬件加速器，在提升特定應(yīng)用性能的同時，降低了功耗和內(nèi)存需求。VPX處理器還有豐富的預(yù)優(yōu)化庫，涵蓋DSP、線性代數(shù)和視覺處理領(lǐng)域，其中包括專為OpenCV風(fēng)格操作定制的視覺內(nèi)核。這些庫提供了現(xiàn)成的軟件功能，如顏色轉(zhuǎn)換、解算器、邊緣檢測、物體跟蹤、矩陣變換和FFT等。

為VPX6設(shè)計的新功能，包括能夠處理長內(nèi)存延遲的增強(qiáng)型DMA，以及對人工智能應(yīng)用緊湊型數(shù)據(jù)存儲新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OCP-MX的支持，也將推廣到整個VPX系列。

VPX6具有重大影響力的應(yīng)用領(lǐng)域

ARC VPX6為開發(fā)者帶來了諸多優(yōu)勢，非常適合用于眾多實時、高性能信號處理應(yīng)用：

汽車傳感器處理：VPX6為高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）提供了有力支持。其高吞吐量的矢量化計算和優(yōu)化的SIMD處理功能，能夠高效地處理來自多個傳感器的攝像頭數(shù)據(jù)，實時識別物體、車道標(biāo)線和行人。同樣，在自動駕駛汽車的雷達(dá)和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方面，VPX6能夠加速物體檢測和距離估算，從而提升基于人工智能的決策能力。

工業(yè)和智能攝像頭：VPX6能夠?qū)崿F(xiàn)高速圖像濾波、降噪和特征增強(qiáng)。這些功能為先進(jìn)的視覺處理提供了有力支持，減少甚至消除了對專用外部處理器的依賴。

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載：VPX6可作為高速預(yù)處理器，在將數(shù)據(jù)傳遞給神經(jīng)處理單元（NPU）（如新思科技ARC NPX）之前對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理。通過處理計算密集型濾波和特征提取任務(wù)，VPX6能夠顯著提高推理效率，減少人工智能工作負(fù)載中的瓶頸問題。借助集成SDK（內(nèi)含基于ONNX的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編譯器），人工智能任務(wù)能在VPX和NPX之間自動分配。由VPX和NPX組成的人工智能子系統(tǒng)，結(jié)合了人工智能加速器的強(qiáng)勁性能以及強(qiáng)大DSP的前瞻性和靈活性。

安全實現(xiàn)：上述許多應(yīng)用都對信息安全和軟件安全有著嚴(yán)格的認(rèn)證要求。因此，VPX系列的所有成員都提供了功能安全（FS）版本，該版本不僅通過了ISO 26262 ASIL信息安全認(rèn)證，還符合ISO/SAE 21434網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過安全認(rèn)證的硬件，搭配經(jīng)過安全認(rèn)證的編譯器、運行時環(huán)境和計算庫，確保了系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

將數(shù)字信號處理提升到新高度

新思科技的ARC VPX6將數(shù)字信號處理技術(shù)提升至全新的水平。它在將VPX5的性能提升一倍的同時，減少了計算周期和功耗并且保持了軟件的完全兼容性，便于開發(fā)者采用。VPX6具有更高的可擴(kuò)展性和效率，為開發(fā)者提供了更大的靈活性，使他們能夠根據(jù)特定的工作負(fù)載優(yōu)化功耗、性能和面積（PPA）。

展望未來，新思科技將繼續(xù)推進(jìn)ARC VPX處理器系列的發(fā)展，以滿足人工智能和嵌入式系統(tǒng)不斷變化的需求。通過提供行業(yè)領(lǐng)先的工具、優(yōu)化的庫以及便捷的集成選項，新思科技將助力開發(fā)者突破高性能信號處理的界限，實現(xiàn)更多的創(chuàng)新。