점차 시각적인 세계를 위해 정교한 그래픽 지원을 제공하는 프로세서

평범하게 문자만을 전달하는 것은 이 시대에 충분하지 않습니다. 과도하게 자극적인 감각의 세계에서 관심을 사고 주의를 끌기 위해서는 데이터의 디스플레이가 심미적 본능을 충족시켜야 합니다. 그 결과 기본 정보조차도 복잡한 음영, 애니메이션 및 동영상을 통해 선명하게 표현된 색상으로 표현되어야 합니다. 

하지만 고분해능, 심색 팔레트, 실시간 애니메이션 및 동영상은 페이지를 구조, 렌더링 및 디스플레이하는 프로세서의 능력에 악영향을 미칩니다. 우리는 깜박임과 아티팩트가 없고 선명한 페이지를 보고 싶어 합니다. 그러나 화면 해상도가 더 높아짐에 따라, 각 페이지에 대한 콘텐츠, 배경 처리 및 데이터 동작의 양과 이것을 렌더링하는 데 점차 더 많은 프로세서의 리소스(특히, 시간 및 메모리)를 소요합니다.

이 기사에서는 고급형 그래픽을 지원하기 위해 충분한 마력과 리소스 및 아키텍처의 간소화를 갖춘 고급형 프로세서에 대해 살펴봅니다. 일반적으로 이러한 프로세서는 내부적으로 32비트 이상의 넓은 데이터 경로를 적용하고 고속 클로킹을 사용합니다. 내부 고속 캐시 RAM뿐 아니라 상호 배치된 DMA 또한 중요합니다. 여기에서 언급한 모든 부품, 규격서, 튜토리얼 및 개발 키트는 DigiKey 웹 사이트에서 확인할 수 있습니다.

요구 사항 및 선택

대부분의 사람들은 자신의 설계를 수 백만 개로 생산할 수 없습니다. 결과적으로 ASIC는 보통 비용, 시간 또는 위험 효과적인 옵션이 아니며, 결국 더 높은 비용의 FPGA 또는 다른 시스템 기능을 여전히 수행하는 동시에 그래픽을 처리할 수 있는 정도의 프로세서를 지정하게 됩니다.

오늘날 동영상은 사소한 작업이 아닙니다. 데이터를 포맷하고 쪽화면을 중재하며 오버레이를 수행하고 스크롤링 및 색상을 혼합하는 등의 작업들은 프로세스 및 데이터 경로 집약적입니다. 3차원(3D) 렌더링 및 음영은 프로세서 리소스 및 시간을 소비하는 예상된 기능에 또 하나의 레이어를 추가합니다.

일부 고성능 프로세서는 전용 그래픽 주변 장치 프로세서가 되도록 프로그래밍할 수 있지만, 이러한 부품은 일반적으로 다양한 추가 작업을 처리할 수 있습니다. 게다가 프로세서에 들어 있는 고급형 주변 장치에는 예상 정전 용량 터치 인터페이스뿐만 아니라 스테레오 사운드와 이더넷 및 기타 통신 프로토콜을 포함함으로써 응용 제품 프로세서가 최소의 방해를 받으며 작업에 집중하게 할 수 있습니다. 그것은 또 다른 코어를 가지고 있는 것과 흡사합니다. 또한 많은 범용 I/O와 같이 고성능 DMA 및 외부 버스 인터페이스 논리도 보통 제공됩니다. 

일반 태블릿은 TFT 디스플레이에서 1,024 x 600 픽셀에서 2,560 x 1,600 픽셀까지 가질 수 있습니다. 이 넓은 범위는 시스템의 성능과 특히 필요한 메모리 리소스의 양을 심각하게 제한합니다(표 1). 일부 Samsung Galaxy, Amazon Kindle 및 Toshiba 태블릿에 사용되는 것과 같은 전체 24비트 색상 팔레트를 갖춘 2,560 x 1,600 디스플레이는 단일 페이지에 12MB 이상의 RAM을 소비합니다.


표 1: 일반 태블릿 디스플레이 대 페이지 메모리.

32비트의 넓은 데이터 버스로도 30프레임 비디오 스트림을 전체 드로잉하는 데 초당368,640,000 단일 주기 24비트 메모리 전송이 이루어져야 합니다. 곧 전송당 2.7ns인데 이는 데이터를 렌더링하고 이동시키는 공정에 큰 무리가 아닐 수 없습니다. MPEG와 같은 압축 동영상 형식을 실시간으로 디코딩하지 않더라도 렌더링 작업은 생각하는 것처럼 간단하지 않습니다. 

또 다른 요인은 내부 고속 캐시 RAM 및 외부 버스 인터페이스 속도입니다. 높은 클록 속도에서 외부 버스 RAM에 대한 대기 상태는 프로세서를 고갈시키며 성능을 저하시킵니다. 프로세서의 외부 버스 인터페이스에 있는 SDRAM 인터페이스가 우수하다는 것은 배경으로 페이지를 새로 고칠 수 있어 프로세서가 렌더링에 완전히 집중할 수 있도록 할 수 있다는 것입니다. 

고성능 프로세서는 특히 매우 빠르게 데이터를 입력하고 출력할 수 있는 경우 그래픽 제어에 전용으로 사용될 수 있습니다. 잘 구현된 고속 SDRAM 인터페이스의 한 예로 Freescale의 전력 PC MPC603e 코어를 중심으로 한 Freescale MPC8245LVV333D를 들 수 있고 이는 MPC82xx 계열에 속합니다. 이 32비트 352핀 프로세서는 333MHz에서 클록이 이루어지고 일부 제품군은 더 빠를 수 있습니다. 이 프로세서는 2V, 1.8V 및 1.5V 버전으로 제공되며 450만 개의 트랜지스터 장치에서 전력을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

MPC8245는 전력 PC 아키텍처를 PCI 브리지와 결합하여 설계자가 PCI 및 기타 표준 인터페이스를 위해 설계된 주변 장치를 통해 설계 시스템을 빠르게 설계할 수 있습니다. 이 제품의 코어는 다양한 주파수에서 작동할 수 있어 설계자가 전력 소비를 위해 성능을 저하시킬 수 있게 합니다. SDRAM 동기화 및 구동은 주변 장치 제어 장치에 의해 독립적으로 처리되어 DMA 기능성을 외부 버스 인터페이스 논리에 끼워 넣음에 따라 자율 고속 데이터 전송을 디스플레이에 허용하고 프로세서가 배경에서 랜더링하도록 마력을 남겨둡니다(그림 1).


그림 1: 고급 고속 외부 메모리 인터페이스와 결합한 간소화된 프로세서 블록은 전용 그래픽 프로세서를 위한 좋은 후보이며 고급형 반자율 주변 장치로 작동할 수 있습니다. 이 정도면 일부 응용 제품에는 충분할 수 있습니다. 

SDRAM 인터페이스는 최대 2GB의 SDRAM을 지원할 수 있습니다. 고대역 버스는 32비트 또는 64비트 전송 주기를 사용할 수 있습니다. 통합 DMA 컨트롤러는 분산형 모음 작동을 허용하고 DMA 버퍼를 자동으로 연결하는 DMA 체인을 지원합니다. 이를 통해 주 마이크로의 일정목록에서 또 하나의 작업을 처리하게 됩니다.
디지털 이미지 및 그래픽의 오랜 개발자이자 개척자인
Texas Instruments는 OMAP35x라는 강력한 프로세서 및 도구를 제공합니다. OMAP 플랫폼은 4개의 가능한 OMAP 응용 제품 프로세서와 강력한 600MHz 슈퍼스칼라 ARM^® Cortex™-A8 코어를 결합합니다.

특히 흥미로운 것은 OMAP3530인데, 이는 최고의 동영상, 이미지 및 그래픽 처리 능력을 보유하고 동영상 전송, 2D/3D 모바일 게임 및 동영상 캡처에 대해 직접적인 지원을 제공하는 것으로 알려져 있습니다. OMAP3530에는 그래픽 가속기 및 전용 동영상 입력 및 출력 포트가 포함되어 있습니다.

특히 주목할 만한 것은 64채널 DMA 지원 및 저전력 DDR 인터페이스입니다. 다른 프로세서와 마찬가지로 RAM은 많은 다이 영역을 차지하고, 이 경우 64K 범용 RAM은 일반적으로 한 번에 하나 또는 두 개의 스캔 라인을 가집니다. 또한 레벨 2 캐시 RAM 온칩의 가용성이 최대 256KB에 달하여 탬플릿과 일부 배경 그래픽 정보를 유지할 수 있다는 것도 유용합니다. 또한 DSP 렌더링 및 사용에 사용할 수 있는 다른 96KB의 RAM이 사용 가능하다는 사실도 주목할 만합니다. 하드웨어 기반 그래픽 가속기도 3530에 포함되어 있습니다.

TI 및 제3자 개발 도구 메이커 모두 이러한 부품을 지원합니다. Circuitco Electronics의 BeagleBoard는 OMAP3530을 지원하고 SDRAM, S 비디오 및 DVI-D 인터페이스뿐만 아니라 모든 LCD 인터페이스 신호에 연결될 수 있음을 보여줍니다(그림 2). DigiKey는 Linux를 실행하는 BeagleBoard를 사용하여 비디오 인터페이스 중 하나인 피코 프로젝터를 구동하는 방법을 보여 주는 동영상과 BeagleBoard 제품 교육 모듈을 온라인으로 제공합니다.


그림 2: BeagleBoard는 OMAP 프로세서 아키텍처의 이점을 활용하고 특히 내장형 Linux 설계를 위한 강력한 테스트 및 개발 플랫폼으로 사용됩니다. 이 제품은 디스플레이 구동 및 피코 프로젝터에 적합합니다.

논리 PD는 SOMOMAP3530-11-1782JFIR을 OMAP3530을 지원하고 ARM Cortex-M8 프로세서와 TMS320C64x DSP 프로세서를 결합하는 개발 및 평가 플랫폼으로 만듭니다. 논리 PD는 신호 처리 개발에 더 맞춰져 있지만 플랫폼 개발 도구로도 사용할 수 있습니다. 

다중 코어 대체 

다중 프로세서 칩은 다중 프로세서 기판을 구현하는 데 좋은 대체가 될 수 있습니다. 동일한 메모리 또는 주변 장치 버스를 공유할 때 일부 대역폭의 제한이 있을 수 있지만, 다중 코어 프로세서는 작업이 효과적으로 분할되었을 때 이를 수행할 수 있는 능력을 증명해 왔습니다. 

Freescale은 널리 알려지고 지원되는 다중 코어 기술 제품군을 제공하는데, 1.2GHz 쿼드 코어 부품에 이르기까지 확장의 장점을 가진 ARM 8 ~ ARM 11 기반 i.MX 6 계열 프로세서의 강력한 제품군을 64비트 DDR 3 및 두 개의 32비트 DDR 2 인터페이스로 제공합니다.

2D 및 3D 그래픽에 적합한 Freescale i.MX6sololite 부품인 MCIMX6L3DVN10AA는 단일 1GHz 코어를 갖춘 432핀 ROMless 프로세서입니다. 256KB의 온칩 RAM 및 최저 0.95V까지 실행하는 전원 공급 장치가 특징입니다.

이러한 부품은 확장이 가능하며 멀티미디어 및 그래픽을 염두에 두고 제작됩니다. 전용 하드웨어 그래픽 가속기 블록은 벡터, 2D 및 3D 그래픽을 수행하며 이러한 데이터 집약적인 작동으로부터 프로세서의 부담을 덜어 줍니다. 이미지 처리 전용의 또 다른 전용 블록은 향상, 반전, 회전, 스크롤, 크기 조정, 블렌딩 등과 같은 기능을 처리합니다. 또 다른 전용 하드웨어 블록은 카메라 및 디스플레이에 인터페이스합니다(그림 3). 


그림 3: 세분화된 전용 하드웨어 블록이 고속 버스 및 딥 메모리 풀의 이점을 활용할 때 최고 성능을 제공할 수 있습니다. 이를 통해 ASIC와 같은 수준의 성능을 더 낮은 가격과 함께 더 많은 통합 주변 장치로 제공할 수 있습니다. 
또한
Freescale의 더 큰 624핀 MCIMX6S5DVM10AB는 전용 그래픽 하드웨어 및 ARM Cortex-A9를 갖춘 ROMless 설계입니다. 이중 및 쿼드 코어는 더 상위에 위치하여 단일 코어가 실시간으로 처리할 수 없는 기능을 흡수합니다. 예를 들어 i.MX6 제품군은 MCIMX6Q5EYM10AC와 같은 쿼드 코어 1.2GHz 부품도 포함합니다. 또한 이러한 부품은 이중 2D 그래픽 엔진 기능뿐만 아니라 4개의 추가 셰이더를 지원하는 3D 기능이 특징입니다. 

요약하면 ASIC는 섬세한 그래픽 및 비디오를 제공하기 위한 효율적인 솔루션이 될 수 있는 반면, 대부분의 설계자는 이를 지정하는 비용이나 시간을 감당할 수 없습니다. 다행히 이 기사를 통해서 알 수 있듯이 이 작업을 수행할 좋은 비디오 기능 및 특징을 가진 고급형 프로세서가 다양하게 있습니다.

여기에 설명된 부품에 대한 자세한 내용은 DigiKey 웹사이트의 제품 정보 페이지에 액세스하도록 제공된 링크를 사용하세요.