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Performancevergleich DSP vs. FPGA Werner FRIESENBICHLER 0526423.

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Präsentation zum Thema: "Performancevergleich DSP vs. FPGA Werner FRIESENBICHLER 0526423."—  Präsentation transkript:

1 Performancevergleich DSP vs. FPGA Werner FRIESENBICHLER 0526423

2 2 Aufgabenstellung Wählen Sie (begründet) einzelne Benchmark- Applikationen und diskutieren Sie Hinweise dafür, warum diese auf einem FPGA bzw. auf einem DSP bessere Performance erreichen können. Wie sieht das für ASIC bzw. Standard-Prozessor aus? Lassen sich allgemeine Schlüsse für einen Performance-Vergleich HW/SW ziehen?

3 3 Benchmarks für digitale Signalverarbeitung Einfache Operationen der digitalen Signalverarbeitung – MAC/s (Mutliply and Accumulate), einfach aber ungenau Volle Applikation – System Performance – Modem, Decoder, zu aufwendig, für DSPs alleine ungeeignet Kernels – FFT, FIR, IIR, Viterbi-Decoder, optimal für DSPs aber auch für FPGAs? Für FPGAs sind solche Kernels ungeeignet – Nicht nur dezidierte DSP-Einheiten sondern auch verteilte Ressourcen – Unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten Was geben nun die Hersteller an?

4 4 Benchmark Vergleich DSP – Texas Instruments, C6x Serie, 1 GHz, 8 GMAC/s, 1.65 W, $100, (Fixed P.) – Analog Devices, TigerSharc, 600 MHz, 4.8 GMAC/s, 1.5 W, $177, (Floating P.) FPGA – Altera Stratix II: 384 18x18-bit Mult., 450 MHz, 346 GMAC/s, z.B. 3.45 mW/MHz pro Mult., $200 - $10.000 – Xilinx Virtex-5 SXT, 550 MHz, 350 GMAC/s, >$300 – Xilinx Spartan-3A DSP, 30 GMAC/s, $30 (!) (Xilinx Feb 2007) … bis zu 40x schneller als DSPs Stimmt das auch in der Realität?

5 5 DSP-Benchmarks für FPGAs Berkley Design Technology Inc. (BDTI) => einzelne Algorithmen sind ungeeignet für einen echten Performance-Vergleich DSP vs. FPGA Betrachtung einer kompletten Applikation Beispiel: OFDM-Empfänger (http://www.bdti.com/)

6 6 20 x Vergleichsparameter & Ergebnisse Zwei Ziele festgelegt: 1) Maximierung der Anzahl der Kanäle 2) Minimierung der Kosten pro Kanal Ergebnisse (2006) Sind FPGAs daher besser ?

7 7 Resümee des BDTI-Benchmarks FPGAs zeigen höhere Performance als DSPs, aber... – FPGA schlägt DSP in Kosten / Kanal (Faktor 10-20) – Höhere Gesamtkosten – Komplexerer Designprozess (VHDL, Verilog, Synthese, Hardwarekenntnisse) – Softwaretechniker haben oftmals keine adequate Ausbildung in Hardware-Entwicklung und Hardware-Entwurfssprachen – Nicht so ausgereifte Design-Tools wie für DSPs (trotz IP- Cores)

8 8 Gründe für unterschiedliche Performance DSP – 1 oder 2 Rechenwerke – Optimaler Zugriff auf Befehls- und Datenspeicher – Effizienter Befehlssatz (VLIW) – Serieller Algorithmus auf Geschwindigkeit optimiert FPGA – Sea of Gates – hohe Anzahl von DSP-Funktionen (Multiplizierer) = viele Rechenwerke – Paralleler Algorithmus – Probleme bei Speicherzugriff, variable Koeffizienten – Performance hängt stark von der Applikation ab

9 9 Performance-Vergleich HW/SW Stärken Hardware (FPGA) Repetitive Algorithmen Hohe Rechenleistung durch Parallelisierung Unterschiedliche Bit-Breiten in einem System (Resolution Optimization) Physikalische Layer- Implementierung (Ethernet) Validation / Verifikation nicht so aufwendig wie in SW Software (DSP) Adaptive Algorithmen, Verzweigungen Billig – Consumer Products Kurze Entwicklungszeiten Timinganalyse unkritischer (vgl. SPEAR) Floating Point Units bereits vorhanden Protokoll-Stacks (TCP, UDP) Pre-ProcessingPost-Processing

10 10 Schlussfolgerung: Warum nicht beides nutzen... FPGA als Co-Prozessor eines DSP Bildverarbeitung – FPGA übernimmt repetitiven Aufgaben (Filter, Maskierung, etc.), DSP kümmert sich um Objekterkennung und Programmfluss – JPEG2000 (10x höhere Performance mit Co-Prozessor, http://www.broadmotion.com ) http://www.broadmotion.com Kommunikation, Netzwerk – Navigationsempfänger, Radar, Aerospace, Military

11 11 ASIC & Standardprozessor ASIC + höhere Packungsdichte, mehr Performance, geringe Verlustleistung, billiger bei hohen Stückzahlen – nicht rekonfigurierbar, hohe Einmalkosten Standardprozessor (Pentium, PowerPC) + 64-bit Architektur (4 x Standard DSP), SIMD Instruction Sets, höhere Peak-Performance als DSPs – höhere Leistung, teurer, Probleme beim Handling großer Datenmengen, Ausführungszeiten schwierig vorhersagbar – Probleme bei Echtzeitanwendungen ( http://www.bittware.com )

12 12 DSP vs Standardprozessor (1) www.univ.trieste.it/~carrato/didatt/dsp_mcu/dsp/slides/dsp_intro_3.ppt FIR Filter (Clockzyklen)

13 13 DSP vs Standardprozessor (2) FIR Filter (Ausführungszeit in Mikrosekunden)

14 14 DSP vs Standardprozessor (3) Leistungseffizienz

15 15 Quellen http://www.xilinx.com http://www.altera.com http://www.analog.com/processors http://dspvillage.ti.com http://www.dsp-fpga.com http://www.bdti.com The Art Of Processor Benchmarking: What makes a good benchmark, and why you should care (http://www.bdti.com/articles/artofbenchmarking.pdf)http://www.bdti.com/articles/artofbenchmarking.pdf http://www.embedded.com Altera FPGA Replaces 64 DSP Devices in Fairlight's New Media Processing Engine (http://www.altera.com/corporate/news_room/releases/products/nr- fairlight.html)http://www.altera.com/corporate/news_room/releases/products/nr- fairlight.html


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