号外:TI内部演示报告泄露 看图了解TMS320C6678处理器的真实性能
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导读:本文的演示采用FFT算法,该算法在诸如医学成像、通信、军事和商业雷达以及电子战(干扰器、抗干扰器)等领域中被频繁应用。本文演示结果显示,在运行速率为1 GHz,DSP内核为8个时,用TMS320C6678处理器执行1024K的FFT算法样本只需要6.4毫秒。
TMS320C6678 SoC
TMS320C6678处理器具有8个DSP内核,是基于TI的C66x固定和浮点DSP内核以及TI享有多核权利的创新型KeyStone构架创建的。它运行速度最高可达1.25GHz,在这个速度下它可以进行每秒160千兆次浮点运算,而且通常情况下消耗的电能不到10w.TMS320C6678处理器的特色是它每一个DSP内核都有512KB的L2内存;此外,8MB的芯片内存中有4MB的共享内存,并且这两个内存都有纠错码。它的DDR3界面是 64位的,有8位纠错码,运行速度可以高达每秒1600兆比特,同时支持高达8GB的外部存储器数据存取。此外,TMS320C6678的配套外设包括 PCle、Serial RapidIO、Gigabit Ethernet以及TI的HyperLink界面,这个界面在连接到TI的其他DSP,ARM,ARM+DSP处理器以及第三方的FPGA时可以提供高达50Gbps的连接速度。
在本文的VLFFT演示中,TMS320C6678处理器运行速度为1GHz,DDR3界面传输速度为1333MHz.
图一:TMS320C6678框图
VLFFT演示
由于VLFFT算法要求将输入的数据存放在处理器的外部存储器当中,在本演示过程中,数据通过DSP内核存取、分配和处理,最后将结果输出到外部存储器中。同时,在整个过程中始终保持循环计数和时间测量。演示时,为TMS320C6678处理器配置不同数量的内核(1,2,4或8个)来计算当FFT大小不同时的结果,这些FFT规格包括:16K 32K 64K 128K 156K 512K 1024K
在演示过程中,通过将计算负载分布到多个核和完全充分利用C66X DSP内核高性能计算能力的方法来确保执行FFT达到最大性能。同时运用基础时间抽取算法将一维VLFFT算法用类似的二维FFT算法来表达。这种方法是在遇到非常大的数据N时,分解成N=N1*N2的形式。在本演示过程中,如果一维输入数组非常大,就采用N1行*N2列的二维数组来表示,然后通过以下步骤来计算FFT:
计算N2列数组在N1行数组中不同大小时的FFT;乘以旋转因子;存储N2列在N1行不同大小时FFT算法的结果,形成一个N2*N1的二维数组;计算N1行数组在N2列数组中不同大小时的FFT;存储列方向上的数据形成N2*N1二维数组。
这个算法被Takahashi称为Hitachi SR8000的高性能平行FFT算法。
在执行多核算法时,第一步是计算N2列(核的数量)在N1行规格下的FFT算法,第四步是计算N1行(核的数量)在N2列规格下的FFT算法。0核是主核,负责与所有剩下的附属核同步。根据N1数组和N2数组的大小,每一个内核计算出来的FFT总数都被分成几个较小的模块以适应每个核L2 SRAM内存的空间。每一组数据都通过外部存储器中的DMA预取到L2 SRAM内存中,然后通过DDR将数据返回到外部存储器中。每个核都运用2个DMA通道在外部存储器(DDR3)和内部存储器(L2 SRAM)中转化输入和输出的数据。
结果
下页图表1展示了TMS320C6678评估版(TMDSEVM6678LE)分别在一个DSP周期和一个毫秒单位时间内运行FFT代码的结果。在理想状态下,当用于计算的内核数量增加一倍,循环计数就会减少一半。但在现实中,由于存在信息运行的天花板,同时受限于内存大小和信息宽度(内部存储器),这种情况很难实现。在这种情况下,当用双核取代单核时,运行FFT的时间平均减少了49.3 %,基本达到了理想的周期数的一半。当用四核替代一核时,运行FFT的时间平均减少了72.5%,而采用八核时平均运行时间则减少了81.6%.
表格一:FFT分别在1/2/4/8DSP核时周期及毫秒的结果
由此我们可以看出,无论是双核还是四核,随着FFT的大小从16k增加到256k,运行时间减少的幅度也越来越大,而采用八核时运行时间减少的幅度更加剧烈。这是因为对于较小的FFT,核数越多,并行代码相对于额外增加核数来提高性能的代价要小很多。以前256KB的FFT,在提高性能方面的效果并不太理想,在双核时只能提高2倍,四核时也只有4倍,而在八核时反而会降低其性能。这是由于八核处理数据的速度远高于外部存储器传输数据的速度,从而使其存储空间到达上限导致的。在本演示中,计算一个大小为1024k的FFT,即一百万点的FFT,在采用8个DSP内核,运行速率为1GHz时,运行时间仅6.4 毫秒。
图二:单核与多核在性能上的提升