Этап 4. Однокристальные многопроцессорные системы и оптимальное проектирование на ПЛИС

Наконец, современный этап развития цифровой обработки сигналов. Он начинается во второй половине 90-х годов. Продолжает интенсивно развиваться микроэлектроника.

В этот этап появляются ЦСП четвертого поколения (1997-1998). Это поколение характеризуется значительным расширением набора команд и значительным увеличением тактовой частоты. Появляются суперскалярные процессоры, содержащие несколько вычислительных модулей, позволяющих выполнять задачи параллельно, но они решают задачу распараллеливания аппаратно, что усложняет устройство процессора и приводит к ошибкам. Эту проблему решает появившаяся архитектура VLIW, которая позволяет во время компиляции и в инструкциях явно указать, какое вычислительное устройство должно выполнять какую команду. Таким образом, отличительными характеристиками современных ЦСП являются: тактовая частота выше 1 ГГц, наличие нескольких ядер, двухуровневый кеш, встроенные многоканальные контроллеры прямого доступа к памяти, увеличенное быстродействие порядка нескольких тысяч MIPS и MFLOPS, выполнение до 8 параллельных инструкций за такт, совместимость со стандартными шинами. Примерами процессоров четвертого поколения могут служить TI TMS320C6201 и Intel Pentium with MMX.

Новые возможности однокристальных многопроцессорных цифровых сигнальных процессоров и архитектурно перепрограммируемых СБИС на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) позволяют ещё эффективнее и быстрее обрабатывать сигналы. Становится возможным проектирование систем для решения сложных задач с использованием разветвлённых алгоритмов и задач обработки сигналов в реальном времени.

ПЛИС имеют высокую производительность заказных СБИС и гибкость сигнальных процессоров на уровне архитектурной адаптации к заданным алгоритмам. На них возможно размещение не только полной структуры системы, но и некоторых периферийных устройств. Мощность ПЛИС становится всё больше, их тактовая частота достигает нескольких сотен мегагерц, а количество логических вентилей на кристалле доходит одного миллиона.

Учитывая всё вышесказанное, программируемые логические интегральные схемы занимают свою нишу на рынке, вытесняя сигнальные процессоры. Но наиболее высокую эффективность даёт совместное использование ПЛИС и цифровых процессоров обработки сигналов.

Большинство основных задач теории и практики ЦОС на данном этапе остались прежними: систематизация алгоритмов и методик обработки цифровых сигналов, многоскоростная обработка цифровых сигналов, спектральный анализ, адаптивная обработка цифровых сигналов, быстрые алгоритмы. Помимо всего этого продолжаются разработки в относительно новой области: разработка прикладного программного обеспечения для оптимального проектирования систем цифровой обработки сигналов на ЦПОС и ПЛИС, а также для автоматизированного проектирования ЦОС.

Упор по-прежнему делается на применении новых возможностей ПЛИС в разработке прикладных систем. Эти системы масштабно внедряются в промышленность и быт. Благодаря методикам оптимального проектирования систем цифровой обработки данных достигаются максимальные показатели качества и скорости обработки при минимальных ресурсах системы.

Таким образом, данный этап характерен усиленной разработкой новых оптимальных систем обработки цифровых сигналов, ориентированных на прикладное назначение. Разработке оптимальных систем способствует развитие программируемых логических интегральных схем, впитавших лучшие качества цифровых сигнальных процессоров и сверхбольших интегральных схем цифровой обработки сигналов: скорость обработки и гибкость архитектуры. Также существенную помощь при создании оптимальных систем вносят разработки программного обеспечения для их проектирования.