"魂芯一号"高性能通用数字信号处理器

发布时间:2017-12-26 13:57:41  作者:本站编辑  来源:本站原创  浏览次数:

知识产权情况:

申请专利版权等26项。


技术简介:

面向高性能计算的通用DSP产品“魂芯一号”,以用户为中心提供了一个统一的集成开发环境,器件性能高于当前市场上同类浮点DSP器件性能水平,满足了当前重大装备、仪器仪表、通讯基站等领域对高端数字信号处理方面的要求。

项目实施过程中,完成了如下关键技术创新:

面向高性能嵌入式计算的高效体系结构,提出并实现了16条指令并行发射、60个运算单元分为4簇的VLIW+SIMD体系架构;创立了以复数运算/向量运算为特征的指令体系,包括矩阵寻址、块浮点等,保证了器件实际运行的高效率;

提出了面向多簇国产高性能数字信号处理器的C编译器框架,实现了以分簇和SIMD为核心的特色编译优化,大幅提升了“魂芯一号”的应用开发效率;

提出一种双向同步自适应时钟技术,JTAG信号传输速率可随目标芯片动态调整,实现仿真器与目标芯片间信号传输稳定可靠;

提出基于正交分解的覆盖率驱动自动化验证方法,建立了C模型、编译环境和设计代码三位一体的验证平台,保证了硬件设计和软件环境一致性和有效性,确保设计一次成功;

    提出一种深亚微米工艺下trunk+tree的混合时钟树设计方法,trunk由高层金属组成,tree通过地线进行屏蔽,最终实现时钟偏移0.15ns,保证了器件性能和可靠性。

“魂芯一号”产品研制成功后,先后经过第三方功能/性能测试、鉴定检验实验、军品鉴定检验程序、民品质量监督备案程序等流程,迄今已经过四年多的批量应用,应用的整机类型涵盖地面/机载国防装备、气象雷达装备、工业视觉装备、仪器仪表装备等,各项功能、性能指标满足要求,质量可靠、工作稳定,已达到大规模应用阶段。


技术指标:

“魂芯一号”器件是一款从指令集、体系结构到设计实现、软/硬件开发环境完全自主的高性能通用数字信号处理器。处理器内部安排60个运算部件,因而器件内部运算能力极强。为了充分发挥器件内部运算单元的运算效率,处理器内部安排了相适应的存储器带宽和数据总线宽度,“魂芯一号” 的指令系统在指令密度、通用寄存器设置、总线带宽、中断保护等方面都进行了特别设计。

    器件主要指标参数:

    内部存储单元:28Mbit,

    外部动态存储:DDR2,

    工作主频:300MHz到500MHz,

    数据格式:32浮点及16/32位定点,

    峰值运算能力:300亿次32位浮点运算指令/秒,

    数据通信能力:8GB/秒,

    调试方式:符合1149.1标准的JTAG接口,

    封装形式:BGA729,

     调试环境:提供统一的通用DSP器件全套编译开发环境。


应用领域:

国防、工业、科研、仪器仪表等数字信号处理。


技术水平:

国际先进


技术成熟度:

九级,批量生产、成熟应用阶段


预期效益:

目前国内雷达、声纳、电子对抗、SAR/红外导引、机载、火控等军用领域,每年消耗的FPGA和通用DSP器件在十几万片以上。"魂芯一号"器件性能已经达到完全可以替换国外器件的水平,并在38所和其他单位的多个整机应用中得到充分验证,如果能够进一步推广开来,很大程度上将解决我国在高端通用数字信号处理方面全部依赖国外器件这样一个局面,解决长期困扰我们在高端通用处理器件方面的问题,为我国重大装备实现跨越式发展提供了必要的基础条件。

在民用领域,无线通信、有线通信、消费电子、自动控制及汽车电子、数字监控、生物识别和医疗仪器等系统中,DSP都是不可或缺的核心处理器件。如果这个市场能够打开,则市场应用前景相当广阔。另外,MPEG-4、数字压缩、数字滤波、数字加密解密、数字模式匹配、网络包处理、生物特征识别、生物计算、图形处理、移动游戏等等,都将为DSP器件的快速发展和使用带来广阔的发展空间。可以说,专利涉及的并行数字信号处理器与我们生活密切相关,在多个层次开展DSP处理器研究和开发很有必要,其市场也非常巨大。


成果展示:

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