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(jì)算。不過(guò)，它究竟是如何提升處理功能，改善計(jì)算效率，降低功耗的呢？”

軟件開(kāi)發(fā)者的大多數(shù)問(wèn)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(kāi)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(kāi)發(fā)視頻、計(jì)算成像、計(jì)算機(jī)視覺(jué)（CV）、機(jī)器學(xué)習(xí)及全時(shí)服務(wù)用例，這些用例往往要求更多的CPU資源，同時(shí)也是耗電大戶(hù)。

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

1. 提升處理能力：每個(gè)時(shí)鐘周期同時(shí)處理高達(dá) 1024位數(shù)據(jù)

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

標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)CPU為32位指令寬度，其計(jì)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(dòng)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(gè)512位矢量模式單元，在單一時(shí)鐘周期處理1024位數(shù)據(jù)。HVX使用超長(zhǎng)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(dòng)CPU 高出8-32倍的性能。

HVX 還具有另外一個(gè)重大優(yōu)勢(shì)。對(duì)移動(dòng)CPU而言，利用了協(xié)處理器，則標(biāo)量處理器就處于空閑，魚(yú)和熊掌不可兼得。而對(duì)Hexagon處理器來(lái)說(shuō)，協(xié)處理器和標(biāo)量處理器可以同時(shí)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(dòng)CPU控制代碼模式進(jìn)行處理，然后切換到協(xié)處理器的計(jì)算模式。此時(shí)，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(jì)算代碼處理器可同時(shí)運(yùn)行，緊密耦合控制和計(jì)算代碼。這樣，DSP可以獲取HVX計(jì)算結(jié)果，并且用于下一個(gè)時(shí)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(jì)算代碼。

2. 提高計(jì)算效率：繞過(guò) 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(jí)緩存），HVX使得超越攝影的新用例成為可能，比如計(jì)算機(jī)視覺(jué)（CV）、計(jì)算成像和機(jī)器學(xué)習(xí)。

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

在相機(jī)流處理的例子中，比方說(shuō)您的應(yīng)用需要將數(shù)據(jù)從相機(jī)感光元件移動(dòng)到設(shè)備處理器。如果沒(méi)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(jì)算，這樣，在真正的處理還沒(méi)有開(kāi)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(shí)存儲(chǔ)，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(jì)就是在整個(gè)操作中保持空閑。通常情況下，如果其它元件參與的話(huà)，整體芯片會(huì)消耗更多電量，但是，如果只需要DSP就能滿(mǎn)足要求，就沒(méi)有必要調(diào)用這些元件。

通過(guò)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(duì)于集成視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(dòng)芯片上的其他元件。

3. 降低功耗：始終在線(xiàn)感知

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

HVX 解決了始終在線(xiàn)感知領(lǐng)域兩個(gè)揮之不去的問(wèn)題。首先，始終保持警覺(jué)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(wú)需調(diào)動(dòng)其它元件就可以做到始終在線(xiàn)感知。其次，視覺(jué)一直是最難以捉摸的始終在線(xiàn)感知能力，因?yàn)橄鄼C(jī)數(shù)據(jù)流式傳輸時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)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(xiàn)的視覺(jué)只有在需要額外處理能力時(shí)才會(huì)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(lái)高性能、低功耗的優(yōu)勢(shì)。您不妨試試它在始終在線(xiàn)感知狀態(tài)下的表現(xiàn)。

接下來(lái)...

您現(xiàn)在可以開(kāi)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(shù)一幟。

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