Xetal - Xetal

Xetal je název rodiny nekomerčních masivně paralelní procesory vyvinuté uvnitř Philips Výzkum..

Pozadí

Xetal byl vytvořen v roce 1999 ve společnosti Philips Research, když vědci Kleihorst, Abbo a Van den Avoird zkoumali možnosti kombinace Obrazový snímač CMOS s výkonnou logikou zpracování obrazu. Protože obrazové snímače CMOS (na rozdíl od CCD snímače ) lze vyrábět pomocí stejného výrobního procesu jako procesory, oba lze kombinovat do jednoho integrovaný obvod (IC). Kombinace obrazového snímače a zpracování obrazu zemřít je v zásadě možné paralelizovat zpracování obrazu až na úroveň, kde má každý pixel svoji vyhrazenou logiku zpracování obrazu. V takovém provedení by byl obrazový snímač v horních vrstvách integrovaného obvodu, zatímco zpracování obrazu by probíhalo ve spodních vrstvách, takže obrazová data by byla přenášena z jedné vrstvy do druhé, nikoli prostřednictvím externích kolíků nebo vodičů. tam je inherentní rovnoběžnost v algoritmech zpracování obrazu. Mnoho algoritmů provádí stejné zpracování na každém pixelu. Zpracování obrazu je proto vhodnou doménou pro masivně paralelní přístup pomocí SIMD architektura. Ačkoli masivní paralelismus není nový nápad (zahrnují dřívější příklady ILIAC IV a Goodyear MPP ) Xetal 1 byl jedním z prvních, kdo tento přístup použil zpracování obrazu.

Počáteční design

První design kombinoval a QVGA obrazový snímač s řádkovým A / D převod. V tomto návrhu byly hodnoty analogových pixelů snímače převedeny řádek po řádku (místo pixel podle pixelu). Pro každou linku bylo 320 A / D převodníků. Každý A / D převodník je připojen k vyhrazenému procesnímu prvku (PE) pro zpracování obrazu. Tento paralelní design znamenal, že celá řada 320 pixelů mohla být v podstatě zpracována v jednom hodinový cyklus. Tento paralelismus byl aplikován také na paměťovou architekturu, kde každý zpracovatelský prvek mohl přistupovat k pixelu z tzv / Řádková paměťSimulace tohoto návrhu ukázaly, že digitální (PE) část čipu způsobovala šum na A / D převaděčích. Kromě toho byly v té době vyráběny snímače CMOS pomocí 350-nm proces pomocí 3 kovových vrstev. Bylo použito několik vrstev, aby se omezily výškové variace na povrchu snímače, které by mohly způsobit artefakty. Pro diskrétní logika proces 180 nm byl častější. Bylo také použito více vrstev. Vývoj snímače CMOS a obrazového procesoru proto pokračoval nezávisle.

Xetal 1

Výsledným obrazovým procesorem byl Xetal 1, poprvé vyrobený v roce 2001. Byl vyroben 180 nm procesem a byl navržen tak, aby běžel v 18 MHz s 320 PE a 16 řádkovými pamětí. Vzhledem k tomu, že každý z PE může provádět jednu operaci na hodinový cyklus, je v tomto okamžiku výkon rychlost hodin je 5,7 GOPS (10⁹ operací za sekundu). Výsledkem je kombinace s obrazovým snímačem CMOS v rozlišení QVGA při 15 snímků za sekundu Xetal 1 mohl v podstatě provádět 5 000 operací na pixel. Během testování se ukázalo, že Xetal 1 může být dokonce taktován až na 38 MHz, což je více než dvojnásobek původní specifikace, což má za následek hrubý výkon přes 12 GOPS. Tento výkon navíc dosáhl na velmi nízké úrovni spotřeba energie (1-2 Watt Brzy se zjistilo, že s těmito úrovněmi výkonu je možné udělat mnohem víc než jen zpracování obrazu. Výzkumný tým, který nyní také zahrnoval Ben Schueler, Joost 't Hart, Peter Meijer, Alexander Danilin, Xinting Chao a Herman Budde, vytvořil demonstrace, které ukázaly, že Xetal 1 je schopen počítačové vidění algoritmy, jako je rozpoznávání a sledování objektů, včetně automatického přehrávání hrací automat, bubnování vzduchem, a Robocup roboti. Překladač vytvořil Sebastian Mouy a Joost 't Hart. Čip Xetal-I byl obvykle zobrazen jako název bezdrátové chytré kamery WiCa, design Ben Schueler. Xetal-I byl později následován čipem Xetal-II. Projekt byl zastaven na NXP kolem roku 2008, protože se společnost rozhodla nepokračovat v systémech na čipu.

Reference

• „Xetal: vysoce výkonný nízkoenergetický chytrý fotoaparát procesor "Kleihorst et al. Publikováno v IEEE International Symposium on Circuits and Systems 2001, svazek 5