Xetal - Xetal

Xetal это название семьи некоммерческих массивно параллельный процессоры, разработанные в Philips Исследование..

Задний план

Xetal был разработан в 1999 году в Philips Research, когда исследователи Клейхорст, Аббо и Ван ден Авойрд исследовали возможности комбинирования CMOS датчик изображения с мощной логикой обработки изображений. Поскольку датчики изображения CMOS (в отличие от Датчики CCD ) могут быть произведены с использованием того же производственного процесса, что и процессоры, оба могут быть объединены в одну Интегральная схема (IC). Благодаря объединению датчика изображения и обработки изображения на одном устройстве умри По существу, 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 слоя на другой, а не через внешние контакты или провода. есть врожденный параллелизм в алгоритмах обработки изображений. Многие алгоритмы обрабатывают каждый пиксель одинаково. Поэтому обработка изображений является подходящей областью для массового параллельного подхода с использованием SIMD архитектура. Несмотря на то что массивный параллелизм идея не нова (более ранние примеры включают ИЛЛИАК IV и Goodyear MPP ) Ксетал 1 был одним из первых, кто применил этот подход к обработка изображений.

Первоначальный дизайн

Первый дизайн сочетал в себе QVGA датчик изображений с линейной Аналого-цифровое преобразование. В этой конструкции значения аналоговых пикселей датчика преобразовывались построчно (вместо пиксель по пикселям). На каждую линию приходилось 320 аналого-цифровых преобразователей. Каждый аналого-цифровой преобразователь подключен к выделенному элементу обработки (PE) для обработки изображения. Такой параллельный дизайн означал, что вся строка из 320 пикселей может быть обработана за один такт. Этот параллелизм также применялся к архитектуре памяти, где каждый элемент обработки мог получить доступ к пикселю из так называемого / Линия памяти.Моделирование этой конструкции показало, что цифровая (PE) часть микросхемы вызывает шум в аналого-цифровых преобразователях. Вдобавок ко всему, КМОП-сенсоры в то время производились с использованием 350-дюймовогонм обработать с использованием 3-х слоев металла. Было использовано несколько слоев, чтобы ограничить колебания высоты поверхности датчика, которые могут вызвать артефакты. Для дискретная логика 180-нм процесс был более распространен. Также было использовано больше слоев. Поэтому разработка CMOS-сенсора и процессора изображений продолжалась независимо.

Ксетал 1

В результате получился процессор изображения Xetal 1, впервые произведенный в 2001 году. Он был изготовлен по 180-нм техпроцессу и рассчитан на работу при 18 МГц с 320 PE и 16 строчной памятью. Поскольку каждый из PE может выполнять одну операцию за такт, производительность сырой при этом Тактовая частота составляет 5,7 GOPS (10⁹ операций в секунду). В результате в сочетании с датчиком изображения CMOS с разрешением QVGA, работающим на 15 кадров в секунду Xetal 1 мог по существу выполнять 5000 операций на пиксель. В ходе тестирования выяснилось, что Xetal 1 может работать даже 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 низких потребляемая мощность (1-2 Ватт Вскоре было обнаружено, что с такими уровнями производительности можно делать гораздо больше, чем просто обработку изображений. Исследовательская группа, в которую теперь также входят Бен Шулер, Йост 'т Харт, Петер Мейер, Александр Данилин, Синтинг Чао и Герман Бадде, провела демонстрации, которые показали, что Xetal 1 способен работать компьютерное зрение алгоритмы, такие как распознавание и отслеживание объектов, в том числе самовоспроизведение автомат для игры в пинбол, барабанный бой, и Робокубок роботы. Компилятор был сделан Себастьяном Муи и Йустом Хартом. Обычно чип Xetal-I был показан как беспроводная интеллектуальная камера под названием WiCa, разработка Бена Шулера. Xetal-I позже был заменен чипом Xetal-II. Примерно в 2008 году проект был остановлен в NXP, потому что компания решила не заниматься системами на кристалле.

использованная литература

• «Xetal: маломощный высокопроизводительный умная камера процессор »Клейхорста и др. Опубликовано в 2001 г. на Международном симпозиуме IEEE по схемам и системам, том 5