Choisir entre accélérateurs matériels et DSP : Un guide pratique

Dans mes deux premiers articles, j'ai expliqué pourquoi les processeurs de signal numérique (DSP) remplacent de plus en plus les accélérateurs matériels personnalisés (HWA). Cet article offre un cadre concret pour vous aider à décider si un DSP ou un HWA est le bon choix pour votre prochain projet.

Les DSP brillent dans les applications nécessitant un travail mathématique lourd — modems, audio, radar pour véhicules autonomes et systèmes de navigation par satellite mondiaux (GNSS). Ils peuvent effectuer les mêmes tâches de traitement de signal qu'un HWA dédié, mais en logiciel. Cela apporte deux avantages clés : une plus grande flexibilité pour s'adapter aux standards en évolution et la capacité de regrouper plusieurs accélérateurs sur un seul processeur, réduisant coût et surface de silicium.

Considérez GPS, GLONASS, Galileo et BeiDou. Un HWA GPS câblé en dur peut être rapide, mais il vous limite à une constellation. Exécuter les mêmes algorithmes sur un DSP vous permet de supporter les quatre systèmes sans redessiner le matériel, simplement en mettant à jour le firmware.

Comment un DSP se compare-t-il à un HWA personnalisé en termes de performance ? Parcourons un scénario courant : un dispositif NB-IoT qui doit terminer tout le traitement de la couche physique, le code de contrôle L1 et la pile de protocole dans une sous-trame de 1 ms. À 100 MHz, le processeur a 100 000 cycles pour travailler.

Pour estimer si un DSP peut respecter cette échéance, collaborez avec un fournisseur de DSP embarqué qui fournit déjà des logiciels benchmarkés pour votre application cible. Ils vous donneront une courbe de comptage de cycles — chaque point montre les cycles nécessaires pour une charge donnée, tracée contre les cycles de pointe autorisés à votre fréquence choisie.

(Source : CEVA)

Cette courbe vous permet de voir si votre fréquence cible laisse assez de marge ou si vous devez augmenter l'horloge, conscient qu'une fréquence plus élevée augmente la surface et la consommation.

L'estimation de la consommation est tout aussi simple. Divisez la charge de travail en code de contrôle (logique à usage général) et code DSP (unités MAC parallèles, opérations vectorielles). Une répartition typique est 40 % contrôle, 60 % DSP. Si un fournisseur cite 2 mW pour le contrôle et 4 mW pour le DSP à 100 MHz, et que votre DSP tourne à 50 % d'activité moyenne, la puissance moyenne est :

(0,4 × 2 mW + 0,6 × 4 mW) × 0,5 = 1,6 mW.

Avec ces estimations, vous pouvez évaluer en confiance si un DSP répond à vos cibles de latence et de puissance. Si vous avez une marge ample, vous pouvez migrer plus de fonctions vers le DSP ou ajouter des fonctionnalités comme le GNSS multi-constellation. Sinon, vous devrez peut-être augmenter la fréquence ou envisager une approche hybride.

En résumé, un DSP offre un chemin flexible et rentable qui peut rivaliser ou surpasser un accélérateur matériel personnalisé, surtout quand la pérennité et les mises à jour rapides de fonctionnalités sont des priorités.