闪开!让专业的来:中国发布最强DSP芯片 超国外四倍

4月23日,中国电科38所在福州举行的首届数字中国建设峰会上发布了实际运算性能业界同类产品最强的数字信号处理器——“魂芯二号A”。该芯片由38所完全自主设计,在一秒钟内能完成千亿次浮点操作运算,单核性能超过当前国际市场上同类芯片性能4倍。

魂芯二号A芯片

高性能芯片被誉为“工业粮草”,代表了一个国家信息技术水平。一直以来,我国在高性能数字信号处理器(DSP)方面始终依赖进口。 12年前,38所就开始进入数字信号处理器芯片领域。2012年,该所推出我国自主研发的首款实用型高性能浮点通用DSP芯片——“魂芯一号”,性能高于同期市场同类DSP芯片4~6倍,并成功应用在我国空警-500预警机雷达等多个国防科技装备上,成为我国首款广泛应用于国防科技装备的高端自主数字信号处理器。

空警-500 预警机

“魂芯二号A”采用全自主体系架构,研发历时6年,突破了控制器设计等多个技术难题,获得国家技术发明专利、软件著作权等科技成果30余项;拥有当前业界性能最强的DSP核,实现了对国内外同类产品性能指标的超越。相对于“魂芯一号”,“魂芯二号A”性能提升了6倍,通过单核变多核、扩展运算部件、升级指令系统等手段,使器件性能千亿次浮点运算同时,具有相对良好的应用环境和调试手段;单核实现1024浮点FFT (快速傅里叶变换)运算仅需1.6微秒,运算效能比德州仪器(TI)公司TMS320C6678高3倍,实际性能为其1.7倍,器件数据吞吐率达每秒240Gb。

TMS320C6678芯片参数:8核C66x、主频1G、ROM 256M、RAM 2G

作为通用DSP处理器,“魂芯二号A”将广泛运用于雷达、电子对抗、通信、图像处理、医疗电子、工业机器人等高密集计算领域。目前,正在多种重大装备以及图像处理领域中推广使用。

中国电科首席科学家、“魂芯二号A”总设计师洪一介绍,“魂芯二号A”的推出,使得软件无线电从理想走向现实,芯片功能逐渐取决于软件算法的更新成为可能,为我国建立自主体系高端DSP产品谱系奠定坚实基础。

明昊观察

DSP芯片也许大家都不太熟悉,这里简单介绍一下:DSP是一种专业处理芯片,主要负责处理运算量庞大复杂的数字信号,比如离散变换、调制解调等。比较典型的计算是傅里叶变换:

傅里叶变换

傅里叶变换在物理学、电子类学科、数论、组合数学、信号处理、概率论、统计学、密码学、声学、光学、海洋学、结构动力学等领域都有着广泛的应用(例如在信号处理中,傅里叶变换的典型用途是将信号分解成频率谱——显示与频率对应的幅值大小)。

我们常用的CPU如x86架构的intel酷睿和arm架构的高通骁龙处理器也能进行这些运算,但是这些CPU并没有专用的处理单元,只能通过安装相关软件进行计算,速度非常慢,难以满足专业应用场景下比如通信、监控、探测等所需的高效率运算。

通用CPU和专用处理器的应用场景是不一样的

这种芯片的典型运用场景就是雷达信号处理。大家都知道现代雷达的主流是相控阵雷达。相控阵雷达的特点就是包含大量的信号接收和发射单元,需要强大的处理系统来分别控制这些单元进行雷达波的发射和接收,并利用雷达波的相互叠加效应来实现以前使用机械方式实现的波束方向和强度控制。然后再将收到的回波进行数模转换和分析,发现异常信号并进行识别和分类。

有了高速的专用处理器,就可以支持相控阵雷达进行更高效的工作,并在雷达本身性能受限(比如雷达阵元数量、大小和功率等)的情况下提高其分辨能力和反应速度。这种高速芯片的生产和应用,是中国各种反隐身雷达遍地开花、预警机领先欧美的关键所在。

中国的远程警戒雷达,大家可以数数雷达阵列上的单元数量

现在看看国产机电设备曝光初期,网络上冒出来的各种怀疑之声是多么肤浅可笑。

当然,这是在军用领域的芯片。在民用领域,DSP芯片也广泛应用在通信基站、影音设备、医疗设备、智能监控等有大规模数字计算的领域,只不过都用不到这么高的计算能力。如果38所能在这颗最强芯片的基础上开发个简化版,降低价格,再提供一套完善的开发工具软件,进军民用市场就更好了。

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