eISP : processeur vidéo pour la téléphonie mobile

eISP : processeur vidéo
pour la téléphonie mobile
Mathieu Thevenin, Laurent Letellier - CEA LIST
et Michel Paindavoine - Université de Bourgogne, LE2i
Dans le domaine des processeurs vidéo pour la téléphonie mobile, la demande en ressources de calcul à bas coût est forte notamment pour
traiter les standards vidéo haute-définition 720p et 1080p qui sont les futurs standards du marché pour ce type de dispositifs embarqués.
L’architecture eISP développée par le CEA LIST vise à supporter ces résolutions tout en proposant une solution programmable, basse
consommation et à faible empreinte silicium.
1 : Les algorithmes à supporter (cf. Fig 1 et 2)
-Identification des niveaux de parallélisme exploitables
Les traitements de la chaîne d’amélioration vidéo sont
analysés pour du HD 1080p* ( 10 à 30 GOPs) :
- Tâches Pipeline & tâches en temps masqué
-Identification et séparation des tâches
- Instruction VLIW ( 2 voies)
-Identification des opérateurs élémentaires
- Spatial SIMD Multi-SIMD
Capture
Suppression
Correction
de la dynamique
Normalisation
Suppression
histogramme
des bruits
Correction
gamma
Etage de sortie
Accentuation
Accentuation
des contours
quage
Démosaïquage
Balance des
blancs
10 à 30 GOPs
Fig. 1. Exemple de chaîne de traitement vidéo
Traitements
46%
Contrôle
16%
Accès aux
Additions;
données
comparaison
38%
sauts;
s;
accès aux registres.
Additions;
multiplications;
soustractions;
décalages;
accès à la mémoire;
accès aux registres.
Additions;
soustractions;
décalages;
accès aux registres.
Fig. 2. Répartition des tâches et des opérations
2 : L’
L’architecture eISP (cf. Fig 3 et 4)
3 : Ré
Résultats (en technologie TSMC 65nm) (cf Fig 6)
Seuls les cœurs de boucles sont décrits par le programmeur. Les
processeurs sont dédiés uniquement au calcul du traitement vidéo.
Processeur VLIW 2 voies SplitWay (instance 24 bits):
- Tuiles de calcul composées de processeurs VLIW 2 voies SplitWay
- Deux opérations/cycle soit 500 MOPs à 250 MHz pour une
consommation électrique de 4mW (100 MOPs/mW)
- Processeurs fonctionnant en mode Multi-SIMD ou SIMD
- Surface inférieure à 8kGates (0,02mm² 65nm)
- Accès aux données transparent (gestionnaire de voisinage)
L’architecture eISP (instance de 6 tuiles de 6 processeurs intégrant
les mémoires) :
- Variation de la fréquence des tuiles (adaptation de la capacité de calcul)
- 14,4 GOPs @ 200MHz pour moins 250mW (57 MOPs/mW)
- Synchronisation entre les tuiles par bus TDMA & horloge pixel
- Surface en technologie 65 nm : 1,5mm²
- Enchaînement des tuiles programmable par bus TDMA
- Possibilité de traiter des voisinages 5x5
L’architecture eISP, adaptée aux contraintes de l’embarqué, est capable de traiter des flux vidéo HD 1080p. Le processeur SplitWay,
spécialement conçu, lui confère une capacité de 57 MOPs par mW, ce qui la classe parmi les plus efficaces du marché. Sa structure en tuile
de calcul qui la rend scalable et son entière programmabilité permettent une utilisation d’eISP dans différents domaines d’application.
EXECUTE
Results serialization
Instr uctions
VLIW
#1
Instructions
VLIW
#2
VLIW
#3
VLIW
#4
VLIW
#5
Fig. 6. Layout d’une tuile
De calcul Multi-SIMD
VLIW
#6
Pixel 1 & neighborhood access
Program
Counter
Program
Memory
I nsc truction
C ontol ler
Registres partagés:
- vers les autres processeurs;
- vers des coprocesseurs;
- vers des composants externes...
DECODE
Mémoire programme
FETCH
Neighborhood
controller
Line buffer 1
Line buffer 2
Line buffer 3
Neighborhood
Controller
FSM
Stream controller
Données externes
- voisinages;
- processeurs;
- plan mémoire...
Vers plan mémoire
- mémoire de travail;
- co-processeurs;
- contrôleur externe...
Results
Control unit
Input
Fig. 3. Processeur SplitWay
VLIW 2 voies
Tuile 1
Normalisation d’histogramme
Tuile 2
Balance des blancs
Balancegamma
des blancs
Correction
Correction gamma
Output
Channel
Tuile 3
Correction des
pixels défectueux
Tuile 4
Tuile 5
Tuile 6
Démosaïquage
Conversion
espace couleur
Accentuation
Fig. 4. (en haut) Tuile de calcul SIMD composée de 6 processeurs VLIW SplitWay
Fig 5. (en bas) Chaîne de traitement telle qu’elle peut être portée sur eISP
*HD 1080p : résolution 1920x1080 à 25 images par seconde soit 52MPx/s