Цифровые процессоры идут в массы

Несмотря на увеличение быстродействия микросхем цифровой обработки сигналов, производители все время ищут новые пути их совершенствования. В свою очередь, это позволяет постоянно расширять спектр АВ-областей, где эти микросхемы используются.

Многоядерные ЦОС Freescale Symphony.
Многоядерные ЦОС Freescale Symphony.
В АудиоВизуальной индустрии цифровые технологии становятся массовыми, как и в других областях человеческой деятельности, – это мировая тенденция. На рынке появляются микросхемы цифровой обработки сигналов (DSP, или ЦОС), дающие и производителям оборудования, и компаниям-интеграторам новые, мощные инструменты для бизнеса. Главное в цифровой технологии – ее способность делать больше при меньших, по сравнению со старой, аналоговой, издержках.

"Развитие цифровых технологий привело к появлению программных продуктов, объединяющих функции всех аналоговых инструментов, необходимых для настройки помещений или улучшения качества звука. Это – главное, – говорит Глен Полли, владелец нью-йоркской компании-интегратора VideoSonic. – Теперь потребуется намного меньше оборудования – вот первая мысль после моего знакомства с ЦОС (это случилось пять или шесть лет тому назад). Больше не нужны до отказа набитые приборами рэковые стойки! И правда, в дальнейшем мы стали поставлять системы, не требующие повторных визитов к клиенту. Аргументы типа "…эта система будет лучше за счет дополнительного звукового оборудования" перестали быть актуальными".

Тот, кто мог поставить хороший звук при ограниченном бюджете, всегда был в выигрыше. А сегодня это стало особенно сильным конкурентным преимуществом, ведь застой в экономике вынуждает клиентов гораздо внимательнее смотреть на цену.

Для примера возьмем усилитель мощности со встроенным процессором ЦОС. "Такой усилитель позволяет создать хорошо звучащую двухзонную, но монофоническую систему для ресторана или салона-парикмахерской. Источником сигнала может служить док-станция для iPod, – говорит Полли. – Сегодня экономическая ситуация такова, что продавать что-либо стало гораздо сложнее, чем полгода или год назад. Все хотят как можно меньше платить. И если мы предложим не только качественное, но и экономичное решение, нас лучше поймут".

Естественно, что производители АВ-оборудования интегрируют ЦОС практически в весь ассортимент своей продукции – усилители, микшерные пульты, акустические системы, процессоры распределения сигналов. В качестве примера можно привести компанию Yamaha Commercial Audio Systems, которая этим летом начнет поставки новых усилителей мощности со встроенными процессорами цифровой обработки звуковых сигналов. "Кто-то из проектировщиков предпочитает использовать в системах дискретные компоненты, а кто-то – усилители со встроенной обработкой звука, – говорит Марк Лопез, менеджер по маркетингу компании Yamaha Commercial Audio Systems. – Главное – это оптимизация затрат. Один усилитель с процессором стоит больше, чем несколько усилителей без "наворотов" вместе с дополнительными процессорами. Но в многокомпонентной системе приходится полагаться либо на один-единственный, но мощный процессор, либо на несколько процессоров, включенных в звуковой тракт перед несколькими усилителями. Если же процессор ЦОС – встроенный, то при его отказе вы теряете всего один усилитель… или пару каналов. Но не весь кластер оборудования целиком! От понимания возможностей оборудования зависят и принципы разработки системы, и ее стоимость". Однако не все АВ-интеграторы считают, что усилители со встроенными процессорами ЦОС оправдывают свою высокую стоимость, даже учитывая их надежность и экономичность. "Есть специализированные цифровые приборы, стоящие менее 315 евро, – говорит Полли, – и мы рассчитываем на дальнейшее снижение цен".

Кроме того, для клиента ценность предлагаемых решений зависит и от дополнительных возможностей системы. А помочь интегратору полностью задействовать возможности процессора ЦОС могло бы, как ни странно, знание принципов работы аналоговых систем. "Чтобы знать, чего вы хотите, необходимо понимать аналоговые процессы обработки сигналов, – считает Полли. – Иначе невозможно понять, что выбрать. Если же вы знаете функции аналоговых инструментов, то будете знать и то, как использовать процессоры ЦОС. Полагаю, что это самое важное".

Краткое введение в ЦОС

Все процессоры ЦОС – это микросхемы, предназначенные для обработки гигантских объемов данных в реальном времени. Иначе говоря – без заметных для конечных пользователей задержек.

"Одно из наших последних достижений – подавление стереофонического акустического эха. Эту проблему решить очень непросто, – говорит Крейг Ричардсон, генеральный менеджер подразделения Installed Audio компании Polycom. – Если в помещении есть два независимых источника звука, они создают два эха. Подавить их с помощью одноканального (монофонического) процессора невозможно: необходимая вычислительная мощность в четыре раза превышает требования для полной обработки стереозвука. Решать подобные задачи позволяет появление на рынке микросхем ЦОС с очень высокой производительностью".

К тому времени, когда производители делают шаг вперед, уже полно идей, как задействовать новые возможности микросхем. Быстродействующие микросхемы ЦОС стали широко использоваться и на массовом рынке – в производстве сотовых телефонов, в оборудовании для сотовых сетей. Многовариантность использования увеличивает спрос на микросхемы ЦОС, что, в свою очередь, ведет к снижению их стоимости.

"Серийные микросхемы ЦОС используют буквально все компании, поскольку внедрение новых технологий влияет даже на котировки ценных бумаг", – говорит Ричардсон, чья компания уже более 20 лет использует электронные компоненты марки Texas Instruments. То, что процессоры ЦОС используются во многих "бытовых" устройствах, неудивительно – емкость потребительского рынка куда больше. Нередко производители сначала выпускают микросхему для потребительской продукции, а затем адаптируют ее для профессионального рынка. "А мы все равно оказываемся в выигрыше, поскольку внушает доверие уже один вид наших достаточно мощных бытовых приборов – АВ-ресивер стоимостью 700 долларов построен на тех же микросхемах, что и профессиональная АВ-продукция, – говорит Ричардсон. – Я не думаю, что в Texas Instruments задаются вопросом: чего вы, АВ-профессионалы, изволите? Как правило, они адаптируют разработки для других сегментов рынка".

Но не только ЦОС может выполнять множество специальных задач. Другим типом микросхем, закупаемых производителями АВ-оборудования, являются перепрограммируемые вентильные матрицы (FPGA, или БМК). Их затем программируют для выполнения определенных процессов. "Темной" стороной БМК является их стоимость. "По правде говоря, разрабатывать и программировать специализированные БМК дороже, чем использовать типовые микросхемы ЦОС", –считает Лопез. Тем не менее у БМК есть своя ниша. Например, они могут служить обвязкой для ЦОС – выполняя определенные задачи, разгружать ЦОС, – или реализовывать специальные функции, которых в типовых ЦОС нет.

Ядерные проблемы

Практически во всех отраслях промышленности, где применяются процессоры ЦОС, назрела необходимость использования многоядерных решений. И вот почему: приложения становятся все более ресурсоемкими и сложными, поэтому каждое новое поколение ЦОС должно работать еще быстрее. Но простое увеличение мегагерцев в конечном итоге оказывается недостаточно эффективным, поскольку одновременно растет потребление энергии и тепловыделение. "В профессиональных звуковых системах важным параметром является потребляемая мощность, это касается не только портативных приборов, питающихся от батареек", – говорит Саята Нейдиг из компании-разработчика микросхем Freescale Semiconductor. Увеличение температуры внутри приборов вынуждает производителей применять системы вентиляции. А это снижает конкурентоспособность продукции – растет или цена, или шумы. Этого достаточно, чтобы интеграторы или конечные пользователи предпочли менее шумное или менее дорогое оборудование конкурентов. Кроме того, в вентиляторах есть движущиеся части, что снижает общую надежность системы. "Наши клиенты не хотят, чтобы в их оборудовании были вентиляторы", – заключает Нейдиг.

Однако рост температуры внутри приборов приводит к росту потребляемой мощности. Поэтому охлаждать микросхемы ЦОС следует как можно лучше. Все это создает проблемы и для производителей типовых микросхем, и для производителей АВ-оборудования, имеющих собственное производство электронных компонентов, таких как Yamaha. "Мы вынуждены жонглировать параметрами, – вторит Нейдигу из Freescale Semiconductor Лопез из Yamaha. – Конечная цель – увеличение вычислительной мощности микросхем при как можно меньшем энергопотреблении и, соответственно, меньшем тепловыделении. Наилучший способ решения этих задач – переход на многоядерную архитектуру ЦОС. Например, вместо одноядерных ЦОС, работающих на частоте 3 ГГц, можно выпустить чип с двумя ядрами, работающими на частоте 1,5 ГГц каждое. Суммарная производительность будет той же при меньшем энергопотреблении и нагреве, т. к. каждое из ядер будет работать на частоте всего 1,5 ГГц.

Дело не только в ядрах

Недостаточно просто взять и перевести процессоры ЦОС на многоядерную архитектуру. Не менее важно сделать их привлекательными для потребителей. Самый обычный способ – постоянное повышение производительности микросхем. Причем наращивание количества ядер и их тактовой частоты – не единственный вариант. На производительность также влияет объем памяти, к которой обращаются ядра процессора, а также скорость обмена данными между ядрами и памятью. По аналогии с компьютером, скорость работы процессора ограничивается скоростью памяти. "Нет никакого смысла наращивать скорость ядра, если нет соответствующей памяти", – утверждает Нейдиг из Freescale Semiconductor.

Другим фактором, влияющим на производительность, является используемый производителем способ распределения нагрузки. Например, одно из ядер может играть роль декодера Dolby Digital Plus1, а другое – заниматься дополнительной обработкой тех же потоков данных. Эти нюансы очень важны для производителей АВ-оборудования, закупающих используемые ими микросхемы ЦОС у таких производителей, как Analog Devices, Freescale и Texas Instruments.

Исключением из этого правила является компания Yamaha, обладающая собственным полупроводниковым производством. "Наши инженеры, разрабатывающие оборудование для конечных пользователей, сами определяют ряд характеристик, по которым будут изготовлены микросхемы, – говорит Лопез. – Это очень серьезное преимущество. Другие разработчики АВ-оборудования имеют всего лишь доступ к документации производителей микросхем".

Основное преимущество, получаемое производителями АВ-оборудования от покупки типовых ЦОС, – это экономия средств на разработку своих собственных микросхем. В результате они могут установить более конкурентоспособные цены, причем без снижения доли прибыли. Кроме того, сэкономленные средства можно направить на разработку уникальных функций цифровой обработки сигналов. Это тоже даст преимущества по сравнению с конкурентами, использующими те же самые микросхемы. Кроме самих микросхем ЦОС, их производители, как правило, предлагают библиотеки программного обеспечения для реализации основных функций. Благодаря такому "аутсорсингу" сокращается время вывода АВ-оборудования на рынок, что очень важно и в профессиональном, и в потребительском сегментах. "Нашим клиентам нужно то, что упрощает разработку и сокращает сроки вывода их продукции на рынок, – говорит Нейдиг. – Таковы ожидания индустрии профессионального звука".

Дело в масштабах

Совмещение "профессиональных" и "бытовых" функций дает преимущества и производителям микросхем, работающим на оба рынка, и их клиентам – производителям АВ-оборудования. Одна из причин – большая емкость потребительского рынка. И если чип можно "продать дважды", то потребительский спрос снижает цены быстрее, чем продажи в одном только профессиональном сегменте. "Главное преимущество такого подхода – экономия за счет объемов производства, – считает Джон Скотт, ведущий инженер-разработчик компании Freescale. – Цены тем меньше, чем больше чипов мы сможем продать".

Объемы производства – вот что прежде всего приходится учитывать тем, кто собирается открывать собственное производство электронных компонентов. "У большинства производителей АВ-оборудования для этого нет оснований – не настолько велики объемы их бизнеса", – приходит к выводу Марк Лопез из компании Yamaha.

Подробнее:

www.freescale.com
www.yamahacommercialaudio.com

 
< Пред.   След. >

inavate-twitter_50.jpg twitter_50.jpg facebook_50_2.jpg

   
 

Advertisement
Advertisement
64132-001_pls_banner_versand_120x240_ru.gif
Яндекс.Метрика