Xetal - это название семейства некоммерческих процессоров с массовым параллелизмом , разработанных Philips Research.
Фон [ править ]
Xetal был задуман в 1999 году компанией Philips Research, когда исследователи Клейхорст, Аббо и Ван дер Авойрд исследовали возможности комбинирования КМОП-датчика изображения с мощной логикой обработки изображений. Поскольку датчики изображения CMOS (в отличие от датчиков CCD ) могут быть произведены с использованием того же производственного процесса, что и процессоры, оба могут быть объединены в одной интегральной схеме (IC). Благодаря объединению датчика изображения и обработки изображения на одном кристаллеПо сути, можно распараллелить обработку изображения до уровня, на котором каждый пиксель имеет свою собственную логику обработки изображения. В такой конструкции датчик изображения будет находиться на верхних уровнях ИС, а обработка изображения будет выполняться на нижних уровнях, поэтому данные изображения будут передаваться с одного уровня на другой, а не через внешние контакты или провода. Кроме того, алгоритмам обработки изображений присущ параллелизм . Многие алгоритмы обрабатывают каждый пиксель одинаково. Поэтому обработка изображений является подходящей областью для массового параллельного подхода с использованием архитектуры SIMD . Хотя массовый параллелизм - не новая идея (более ранние примеры включают ILLIAC IV и Goodyear MPP) Xetal 1 был одним из первых, кто применил этот подход к обработке изображений .
Первоначальный дизайн [ править ]
Первый дизайн сочетал в себе датчик изображения QVGA с аналого-цифровым преобразованием на основе линий . В этой конструкции аналоговые значения пикселей датчика преобразовывались построчно (вместо пикселя за пикселем). На каждую линию приходилось 320 аналого-цифровых преобразователей. Каждый аналого-цифровой преобразователь подключен к выделенному элементу обработки (PE) для обработки изображения. Этот параллельный дизайн означал, что вся строка из 320 пикселей могла быть обработана за один такт . Этот параллелизм был также применен к архитектуре памяти, где каждый элемент обработки мог получить доступ к пикселю из так называемой / линейной памяти.. Моделирование этой конструкции показало, что цифровая (PE) часть микросхемы вызывает шум в аналого-цифровых преобразователях. Вдобавок к этому КМОП-сенсоры в то время производились по 350- нм техпроцессу с использованием 3 металлических слоев. Было использовано несколько слоев, чтобы ограничить колебания высоты поверхности датчика, которые могут вызвать артефакты. Для дискретной логики более распространен 180-нм техпроцесс. Также было использовано больше слоев. Поэтому разработка CMOS-сенсора и процессора изображений продолжалась независимо.
Xetal 1 [ править ]
В результате получился процессор изображения Xetal 1, впервые выпущенный в 2001 году. Он был изготовлен по 180-нм техпроцессу и был разработан для работы на частоте 18 МГц с 320 PE и 16 строчной памятью. Поскольку каждый из PE может выполнять одну операцию за тактовый цикл, исходная производительность на этой тактовой частоте составляет 5,7 GOPS (10 9 операций в секунду). В результате в сочетании с CMOS-датчиком изображения с разрешением QVGA, работающим со скоростью 15 кадров в секунду, Xetal 1 может выполнять 5000 операций на пиксель. Во время тестирования выяснилось, что Xetal 1 может работать на частоте до 38 МГц, что более чем вдвое превышает исходную спецификацию, что дает чистую производительность более 12 GOPS. Более того, он достиг этой производительности при очень низкихпотребляемая мощность (1-2 Вт ). Вскоре было обнаружено, что с такими уровнями производительности можно делать гораздо больше, чем просто обрабатывать изображения. Исследовательская группа, в которую теперь также входят Бен Шулер, Йост 'т Харт, Питер Мейер, Александр Данилин, Синтинг Чао и Герман Бадде, создала демонстрации, которые показали, что Xetal 1 способен запускать алгоритмы компьютерного зрения , такие как распознавание и отслеживание объектов, в том числе самопознание. - игра в пинбол , воздушные барабаны и робокубокроботы. Компилятор был сделан Себастьяном Муи и Джустом Хартом. Обычно чип Xetal-I отображался как беспроводная интеллектуальная камера под названием WiCa, разработка Бена Шулера. Позже на смену Xetal-I пришел чип Xetal-II. Примерно в 2008 году проект был остановлен в NXP, потому что компания решила не заниматься системами на кристалле.
Ссылки [ править ]
- «Xetal: высокопроизводительный процессор интеллектуальной камеры с низким энергопотреблением » Клейхорст и др. Опубликовано в Международном симпозиуме IEEE по схемам и системам 2001 г., том 5
