Qualcomm Hexagon 680: Smartphone-DSP soll Fotoqualität verbessern

Qualcomm hat auf der Technologietagung Hot Chips 27 neue Informationen zum Hexagon 680 bekanntgegeben. Dieser DSP (Digital Signal Prozessor) steckt im Snapdragon 820, Qualcomms nächstem System-on-a-Chip für Smartphones. Der Hexagon 680 besteht aus drei Bestandteilen, von denen zwei sich um die Foto- und Videobearbeitung sowie Sensoren für beispielsweise einen Schrittzähler kümmern, und einer das Modem mitbildet.

In einem Smartphone ist Energieeffizienz ein sehr wichtiger Faktor, zudem erwarten Nutzer eine möglichst verzögerungsfreie Eingabe. Theoretisch könnten die CPU-Kerne und die Grafikeinheit jegliche Aufgabe berechnen, die Akkulaufzeit und das Reaktionsverhalten wären dann aber nicht konkurrenzfähig. Daher nutzen alle Hersteller DSPs, um Workloads auszulagern und Ressourcen auf den CPU-Kernen sowie der GPU freizuhalten.

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Details zum Hexagon 680 DSP (Bild: Qualcomm)

Ein Digital Signal Prozessor ist in einem gewissen Rahmen programmierbar, was ihn flexibler macht als fest verdrahtete Einheiten beispielsweise zur Videodekodierung. Verglichen mit CPU-Kernen eignet sich ein DSP mehr für parallele Aufgaben, da die Hexagon-Architektur auf einem VLIW-Design mit In-Order-Aufgabenabarbeitung basiert, ähnlich wie frühere Grafikchips von AMD.

Neu sind die Hexagon Vector Extensions (HVX) für vier mit bis zu 1.024 Bit sehr lange Instruktionen. Statt Floating- werden zugunsten der Sparsamkeit nur Fixed-Float-Berechnungen unterstützt. Aufgaben wie das selektive Aufhellen und Entrauschen von Bildern, die der Spectre-Bildprozessor (ISP) mit bis zu 1.200 MPix/s anliefert, laufen über HVX. Als Beispiel nennt Qualcomm unterbelichtete Fotos von nächtlichen Szenen. Die Geschwindigkeit des Hexagon-DSP soll für Post-Processing von 4K-Videos und 20-Megapixelfotos ausreichen.

Verglichen mit CPU-Kernen wie Qualcomms eigenen Kraits hat der Hexagon Vorteile wie einen 512 KByte großen L2-Cache, der fast wie eine L1-Stufe arbeitet, die bei den Kraits nur 32 KByte fasst. Bei Kernel-Berechnungen wie dem Vergrößern von Bildern bei Zuhilfenahme eines Gauß-Filters soll der Hexagon 50 Prozent flotter sein als vier Krait-Kerne und ein Viertel der Leistungsaufnahme der CPU aufweisen.

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Details zum Hexagon 680 DSP (Bild: Qualcomm)

Als weitere Verbesserung hat Qualcomm, anders als bei früheren Snapdragons (810 und davor), eine DSP-basierte Lösung statt eine Micro-Controller-Unit mit ARM-Kern für die Sensorerfassung im Snapdragon-820-Chip verbaut. Der als Low Power Island bezeichnete DSP arbeitet unabhängig vom restlichen SoC. Verglichen mit einem Snapdragon 808 soll der Snapdragon 820 ein Drittel der Energie beim Schrittezählen benötigen.

Hintergrund des Hexagon-DSP ist ein auf Effizienz ausgelegter Snapdragon 820, bei dem foto- und videorelevante Aufgaben weder die CPU-Kerne noch die Grafikeinheit belasten oder aus dem Tiefschlaf aufwecken. Die SoC-Leistungsaufnahme bleibt niedrig, was für die Akkulaufzeit wichtig ist.