面向功能可重组结构DSP&CPU芯片及其软件的基础研究 GO!
20.11.08
category: gcgx.com该项目组首席科学家侯朝焕院士告诉我们，作为具有自主知识产权的DSP&CPU芯片，可以广泛应用于信息家电、网络通信、声音图像以及雷达声纳等信号处理领域……
联系采访的时候就知道侯院士工作很忙，现在负责着两个重大课题，马上要去云南出差。“你们采访尽量安排得紧凑一点，侯老师的时间是挤出来的。”项目组的赵老师略带歉意地对我们说：“快70的人了，还经常熬夜加班工作，不容易啊！”然而走进办公室，笑着从办公桌后起身迎过来的侯朝焕院士，头发虽有些花白，但衣着整齐，神采奕奕，完全不似一个年近七十的老人，在他脸上也看不出一丝的疲倦。在整个采访过程中，侯朝焕始终面带微笑，用他那一口带着浓郁家乡特色的普通话将整个项目的情况娓娓道来。
记者：据说早在上世纪80年代末您就负责过一个863项目，也是关于芯片研制方面的。这两个项目有没有相关性，您能简单的给我们介绍一下吗？
侯朝焕：之前的863项目，主要是设计出三个能够进行高速信号处理的专用芯片，目标很单一，就是要提高信号处理的速度。现在这个项目是“面向功能可重组结构DSP&CPU芯片及其软件的基础研究”，说简单一些就是，DSP和CPU是两类芯片，现在我们要将它们通过一定的技术融合在一起。所以，虽然这两个项目都跟芯片有关，却是截然不同的。要说到相关性，那就是在之前专用芯片的设计中我们积累了一定的经验，为我们现在的研究工作奠定了一定的基础。
记者：CPU是什么我们知道，您解释一下DSP是什么吗？
侯朝焕：DSP全称是“数字信号处理器”，是专门处理数字信号的，适用于功能要求相对单一，然而运算速度要求相对较高的领域。例如，手机和DVD播放机中，都会有DSP芯片，用于声音、图像等数字信号的处理，当然，在一些专门的信号处理领域，DSP芯片应用得就更多了。
记者：听您这样一说，我们知道CPU和DSP是两种性能大不相同的芯片，那我们为什么要将这两者合二为一呢？
侯朝焕：DSP和CPU有各自的特点和应用领域，像DSP主要负责数字信号处理，而CPU更多地主要是负责整个系统的协调、控制和管理。就拿手机来说吧，现在的手机里面是装有两个处理器芯片的，一个CPU和一个DSP。CPU主要用于控制手机上的菜单操作、编辑发送短信等，而与对方通话则需要运算功能强大的DSP来支持了，它会将声音信号进行处理。如果我们有一个可以将两者合二为一的芯片，它既有CPU控制功能，又兼顾了DSP的高速信号处理功能，今后手机中只安装一个这样的芯片就行了。
今后，同时需要数据运算和控制功能的东西会更多，但是现在却只能采用两种芯片各用一片的办法来解决。所以，随着众多应用领域的大量需求，随着计算机的CPU越来越多地需要兼顾完成典型的DSP功能，还有就是从速度、功耗、成本等方面考虑，设计功能强大的DSP&CPU组合芯片是一个必然的发展趋势。
记者：将这两种处理器合二为一，肯定不是简单的“1+1=2”，那么我们的目标是什么呢？
侯朝焕：我们的目标就是通过对关于DSP&CPU芯片的一系列重大科学问题的研究，最终研制成功具有自主知识产权的、高性能DSP&CPU微处理器及其系统软件。这种芯片要求必须同时具有CPU优良的调度管理能力并具有DSP强大的数字信号处理能力，同时还要完成一些经典的数字信号处理算法以及确定需要扩展的功能和特性等一系列的问题。另外，我们还要求利用通过简化CPU电路富裕出来的空间，来设计并实现一些多媒体处理方面需要加强的功能。
记者：这个目标可谓国际先进水平了，据说，在申请立项的时候，曾经有专家对你们制定的目标能否完成产生过疑问，现在项目已经结题，当初制定的高目标完成了吗？
侯朝焕：我们已经全面实现了预期的目标！现在我们成功研制出我国第一款基于多发射VLIW和SIMD技术的具有可重组结构的高性能微处理器“华威-1”（SuperV-1）芯片。这款芯片兼具DSP和CPU功能，是目前国内数据处理能力最强的微处理器，在性能上优于现在的CPU和DSP两种芯片的组合。我们所做的一切研究工作，最终的目标都是实现“1+1大于2”，应该说，这个目标我们达到了！
记者：这个“华威-1”芯片在哪些方面有创新呢？
侯朝焕：“华威-1”芯片最突出的创新主要在四个方面：第一，我们创造性地采用RISC、VLIW和SIMD技术，将DSP和CPU有机地结合在一起，将推断推测技术应用于SuperV架构设计。第二，我们将指令分组与指令执行分组区别开来，给系统编译器设计和体系结构设计以充分的自由度，同时解决了VLIW体系结构中的二进制代码不兼容性问题。第三，整个芯片体系结构具有柔性可重构特性，即：在不增加硬件复杂度的前提下使得处理器可以处理多种数据类型，拓宽了处理器的应用领域。在不增加硬件复杂度的前提下将多个32位乘法器重组成若干个16位乘法器或者8位乘法器。第四，软硬件实现联合优化。采用软、硬件协同设计的思想，克服了单纯依靠堆积硬件来提高处理器性能的传统设计模式。
记者：这种组合式芯片的应用领域主要是哪些?
侯朝焕：“华威-1”作为具有自主知识产权的芯片，可以广泛应用于信息家电、网络通信、声音图像以及雷达声纳等信号处理领域。比如说新一代的3G手机和现在发展很快的数字电视。
记者：这种芯片的应用空间如此宽泛，产业化前景一定很好吧？
侯朝焕：973项目主要针对基础科学问题的研究，并不涉及应用开发和产业化问题。这个项目虽然取得了很好的成果，但离产业化还有很长的路要走。目前我国的科研计划中似乎缺少一个链条，就是从基础研究过渡到应用领域和产业化，还有许多技术问题有待解决，可这项工作却没有相应的研究计划予以支持。
记者：作为这一方面的专家，您能预测一下以后芯片研发会往哪个方向发展吗？
侯朝焕：以后芯片的研究方向，应该会放在“芯片系统”（SOC）的研究上。也就是将包括传感器、驱动器、运算器等各部分在内的整个系统全部集成在一个芯片上，成为一个“芯片系统”。目前国际上也都在朝这个方面努力，未来的芯片将会在功能和速度方面有很大的提高，以完成更多的工作
■链接
关于SuperV《面向功能可重组结构DSP&CPU芯片及其软件的基础研究》项目由中国科学院声学研究所、清华大学和北京广播学院三个单位的7个课题组承担。五年来，该项目各课题组按照项目计划任务书和课题任务书规定的内容、研究方案和技术路线开展研究工作，完成了任务，达到了预期的目标，研制成功我国第一款基于多发射VLIW和SIMD技术的具有可重组结构的高性能微处理器芯片SuperV（华威）。
DSP&CPU芯片兼具DSP和CPU功能，指令处理能力可达1024MIPS，32位、16位、8位峰值数据处理能力分别为1.4GOPS、2.2GOPS和3.8GOPS，是目前国内数据处理能力最强的微处理器。作为具有自主知识产权的DSP&CPU芯片，可以广泛应用于信息家电、网络通信、声音图像以及雷达声纳等信号处理领域，具有重要的理论和现实意义。