高通Hexagon

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Hexagon
推出年份2006 (QDSP6)
設計公司Qualcomm
是否開放架構？閉源
體系結構類型Load–store
字長/暫存器資料寬度32位, 64位
指令編碼長度每個指令固定為4個字節，VLIW多指令架構中最多可以包含4個指令
指令集架構設計策略4路多線程 VLIW
通用暫存器32-bit GPR: 32, can be paired to 64-bit[1]

Hexagon 是高通公司推出的一系列數字信號處理器（DSP）以及後來的神經網絡處理器（NPU）產品的品牌名稱。 Hexagon 也被稱為 QDSP6，即「第六代數字信號處理器」。據高通公司介紹，Hexagon 架構旨在為多種應用提供高性能的同時保持低功耗。[2]

每一版本的 Hexagon 都擁有特定的指令集體系結構和微架構，這兩個特性密切相關。

Hexagon 被廣泛應用於高通驍龍芯片中，包括智能手機、汽車、可穿戴設備及其他移動設備，同時也在蜂窩電話網絡的組件中得到應用。[3]

指令集架構[編輯]

計算設備具有指令集，這是它們最底層、最原始的語言。常見的指令包括將兩個數字相加、相乘或以其他方式組合的指令，以及指示處理器在內存中查找下一條指令的位置的指令。還有許多其他類型的指令。

匯編器和編譯器可以將計算機程序翻譯成一系列指令（即比特流），這些指令是設備可以理解並執行的。在指令序列執行過程中，指令特權級別用於支持系統功能的完整性。特權指令可以訪問設備上更多的資源，包括內存。Hexagon 支持特權級別。

最初，Hexagon 指令只能處理整數，而不能處理浮點數[4]。但在 v5 版本中，添加了對浮點數的支持。

負責執行指令的處理單元能夠以有序方式將最多 4 條指令（即一個數據包）分發到 4 個執行單元，並且每時鐘周期都如此。[5]

微架構[編輯]

微架構是指芯片或芯片組件的物理結構，它使得設備能夠執行指令。一個給定的指令集可以通過多種不同的微架構來實現。Hexagon設備的總線（數據傳輸通道）寬度為32位，這意味着32位的數據可以在一次操作中從芯片的一個部分移動到另一個部分。Hexagon微架構是多線程的，這意味着它可以同時處理多個指令流，從而提高數據處理速度。Hexagon支持VLIW指令集[6]，這些指令字是由四個指令組成的組，可以「並行」執行。並行執行意味着多個指令可以同時運行，而無需一個指令完成才能開始下一個指令。Hexagon微架構支持單指令、多數據（SIMD）操作，這意味着當Hexagon設備接收到一個指令時，它可以同時對多個數據進行操作。

根據2012年的估計，高通公司在2011年為其片上系統（SoC）出貨了12億個DSP核心（平均每個SoC包含2.3個DSP核心），並計劃在2012年出貨15億個核心，這使得QDSP6成為最流行的DSP架構。[7]

Hexagon架構旨在為各種應用提供高性能和低功耗。它具有硬件輔助多線程、特權級別、VLIW、單指令、多數據（SIMD）等特性，以及針對高效信號處理的指令。硬件多線程通過「桶式」時間多線程實現——每個周期輪流切換線程，因此600MHz的物理核心在V5之前表現為三個200MHz的邏輯核心。Hexagon V5切換到動態多線程（DMT），當發生L2緩存未命中、中斷等待或執行特殊指令時進行線程切換。

在高通公司於2013年Hot Chips大會上，高通公司公布了其Hexagon 680 DSP的詳細信息。高通公司還宣布了Hexagon向量擴展（HVX）。HVX旨在允許對高級圖像和計算機視覺中的大量計算工作負載在DSP上進行處理，而不是在CPU上[8]。2015年3月，高通公司宣布其Snapdragon Neural Processing Engine SDK，該SDK允許使用CPU、GPU和Hexagon DSP進行AI加速。[9]

高通公司的Snapdragon 855包含第四代片上AI引擎，其中包括Hexagon 690 DSP以及用於AI加速的Hexagon Tensor Accelerator (HTA)[10]。Snapdragon 865包含基於Hexagon 698 DSP的第五代片上AI引擎，其性能高達每秒15 TOPS。[11] Snapdragon 888包含基於Hexagon 780 DSP的第六代片上AI引擎，其性能高達26 TOPS。 [12]Snapdragon 8包含第七代片上AI引擎，基於Hexagon DSP，性能可達52 TOPS，在某些情況下甚至可以達到104 TOPS。[13]

軟件支持[編輯]

操作系統[編輯]

針對 Hexagon 平台的 Linux 版本運行在虛擬機層（「Hexagon Virtual Machine」），並在內核的 3.2 版本中被合併[14]。最初的虛擬機是閉源的，但高通於 2013 年 4 月發布了針對 QDSP6 V2 和 V3 的一個最小化的開源虛擬機實現，名為「Hexagon MiniVM」，並採用 BSD 風格的許可證。[15]

編譯器[編輯]

Tony Linthicum 在 LLVM 的 3.1 版本中添加了對 Hexagon 的支持。[16] LLVM 的 8.0.0 版本中添加了對 Hexagon/HVX V66 指令集的支持。[17]此外，還有一個非 FSF 維護的 GCC 和 binutils 分支。[18]

SIP 模塊的應用[編輯]

高通 Hexagon DSP 自 2006 年以來一直應用於高通 Snapdragon SoC。[19] 在 Snapdragon S4 (MSM8960 及更高版本) 中，有三個 QDSP 核心，其中兩個位於 Modem 子系統，一個 Hexagon 核心位於 Multimedia 子系統。Modem 核心僅由高通編程，只有 Multimedia 核心允許用戶進行編程。

它們也用於一些高通的微型蜂窩基站處理器，包括 FSM98xx、FSM99xx 和 FSM90xx。[20]

第三方集成[編輯]

2016 年 3 月，宣布半導體公司 Conexant 的 AudioSmart 音頻處理軟件正在被集成到高通的 Hexagon 中。[21]

2018 年 5 月，wolfSSL 添加了對使用高通 Hexagon 的支持。這意味着可以在 DSP 上運行 wolfSSL 加密操作。除了加密操作之外，後來還添加了一個專門的操作負載管理庫。[22]

版本[編輯]

QDSP6架構發布了六個版本：V1（2006年），V2（2007–2008年），V3（2009年），V4（2010–2011年），QDSP6 V5（2013年，應用於Snapdragon 800），以及QDSP6 V6（2016年，應用於Snapdragon 820）[23]。V4版本的功耗為每毫瓦20 DMIPS，工作頻率為500 MHz。

Hexagon的運行頻率在QDSP6架構中為400–2000 MHz，而在該架構的前一代產品QDSP5中，則為256–350 MHz。

QDSP6版本

(DSP/NPU)

製程

（納米）

發布年份 線程數量 每線程頻率, MHz 總核心頻率, MHz 關聯產品
QDSP6 V1 65[24] 2006
QDSP6 V2[25] 65 2007[24] 6 100 600
QDSP6 V3 (1st gen)[25] 45 2009 6 67 400
QDSP6 V3 (2nd gen)[25] 45 2009 4 100 400
QDSP6 V4[25]

(V4M, V4C, V4L)[24]

28 2010 3[26] 167 500 Snapdragon

600

QDSP6 V5[27]

(V5A, V5H)[24]

28 2013 3[24] 200 or greater

with DMT[26]

600 Snapdragon

410/412/800/801

536 12/28 2014 205/208/210/212

Snapdragon 425/427/429/430/435/439

V50 (or QDSP6 V5.0) 28 2014 700/800 (805) Snapdragon

415/610/615/616/805

546 14/28 2015 Snapdragon

450/617/625/626/632

V56 (or QDSP6 V5.6) 20/28 2015 800 (808/810) Snapdragon

650/652/653/808/810

642 14 2017 Snapdragon

630

680 (or QDSP6 V6) 14 2016 4 500 787 (660),[28] 2000

(820[29][30] & 821)

Snapdragon

636/660/820/821

682 10 2017 Snapdragon

835

683 11 2020 Snapdragon

460/662

685 10/11 2018 (3 TOPS) Snapdragon

670/675/678/710/712/845/850

686 6/8/11 2019 (3.3 TOPS) Snapdragon

480/480+/665/680/685/695

688 8 2019 (3.6 TOPS) Snapdragon

730/730G/732G

690 7 2019 (7 TOPS/

9 TOPS)

Snapdragon

855/855+/860/8c/8cx/8cx Gen 2

Microsoft SQ1/SQ2
692 8 2020 (5 TOPS) Snapdragon

690/720G/7c/7c Gen 2

694 8 2020 (4.7 TOPS) Snapdragon

750G

696 7 2020 (5.4 TOPS) Snapdragon

765/765G/768G

698 7 2020 (15 TOPS) Snapdragon

865/865+/870/8cx Gen 3

Microsoft SQ3
770 5/6 2021 (12 TOPS) Snapdragon

778G/778G+/780G/782G

780 5 2021 (26 TOPS/

32 TOPS)

Snapdragon

888/888+

790 (NPU/HTP)[31] 4 2021 (32 TOPS)

(INT8)

Snapdragon

8 Gen 1/8+ Gen 1

NPU (HTP Gen 2) 4 2022 (26 TOPS)

(INT8)

Snapdragon

8 Gen 2

NPU (HTP Gen 3) 4 2023 (34 TOPS)

(INT8)

Snapdragon

8 Gen 3/8s Gen 3

NPU (HTP Gen 4) 3 2024 (50 TOPS)

(INT8)[32]

Snapdragon

8 Elite

NPU (HTP Gen 4) 4 2024 (45 TOPS)

(INT8)[33][34]

Snapdragon

X (Plus/Elite)

硬件解碼支持[編輯]

驍龍SoC支持的各種視頻編解碼器。

D - 解碼；E - 編碼

FHD = 全高清 = 1080p = 1920x1080像素

HD = 720p，可以是1366x768像素或1280x720像素

Snapdragon 200系列[編輯]

編碼 Snapdragon

200[35]

Snapdragon

200[35]

Qualcomm

205[36]

Snapdragon

208/210[37]

Snapdragon

212[38]

支持情況 2013 2013 2017 2014 2015
Hexagon QDSP5 QDSP6 536 536 536
H263| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E
VC-1
H.264| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - -
VP8| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E
H.265| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D HD & E HD D HD & E HD D HD & E HD D FHD & E HD D FHD & E HD
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - -
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - -
VVC
VP9| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - -
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - -
AV1| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - -

Snapdragon 400系列[編輯]

編碼 Snapdragon

400[39]

Snapdragon

410/415[40]

Snapdragon

425/427

Snapdragon

429/439[41]

Snapdragon

450[42]

Snapdragon

460[43]

Snapdragon

480/480+[44]

支持情況 Q4 2013 2014/2015 Q1 2016/Q3 2017 Q2 2018 Q2 2017 Q1 2020 Q1 2021
Hexagon QDSP6 QDSP6 V5 536(256KB) 536 546 683 686
H263| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
VC-1
H.264| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - - D & E
VP8| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
H.265| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- D & E D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - -
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - -
VVC| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - -
VP9| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - -
AV1| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - - -
解碼幀率支持 HD 60 fps
FHD 60 fps FHD 60 fps FHD 60 fps
編碼幀率支持 HD 60 fps
FHD 60 fps FHD 60 fps FHD 60 fps

Snapdragon 600系列[編輯]

編碼 Snapdragon 600[45] Snapdragon 610[46] Snapdragon 650/652/653 Snapdragon 630[47] Snapdragon 632[41] Snapdragon 636/660[47] Snapdragon 662[48] Snapdragon 665[49] Snapdragon 670/675/678[50] Snapdragon 690[51]
支持情況 Q1 2013 Q1 2015 Q2 2018 Q1 2020 Q2 2019 2019 Q2 2020
Hexagon QDSP6 V4 QDSP6 V50 QDSP6 V56 642 546 680 683 686 685 692
H263| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
VC-1 style="background: #FFD; color: black; vertical-align: middle; text-align: center; " class="partial table-partial skin-invert"|D[52] & ?
H.264| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - - - - -
VP8| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
H.265| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - D & ? - D & ? - - class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E
VVC| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - - - - - -
VP9| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - D[52] & ? D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - - - - -
AV1| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - - - - - - - -
FPS
解碼支持幀率 HD 60 fps HD 120 fps HD 240 fps[53] HD 240 fps HD 240 fps[54] HD 60 fps HD 240 fps HD 240 fps HD 240 fps
FHD 30 fps FHD 60 fps FHD 120 fps FHD 120 fps[53] FHD 120 fps FHD 120 fps[54] FHD 60 fps FHD 120 fps FHD 120 fps FHD 120 fps
No 4K No 4K 4K30 fps 4K30 fps[53] 4K30 fps 4K30 fps[54] No 4K 4K60 fps 4K60 fps[50] 4K60 fps
編碼支持幀率 HD 60 fps HD 60 fps HD 240 fps[53] HD 240 fps HD 240 fps[54] HD 60 fps HD 240 fps HD 240 fps HD 240 fps
FHD 30 fps FHD 30 fps FHD 120 fps FHD 120 fps[53] FHD 120 fps FHD 120 fps[54] FHD 60 fps FHD 120 fps FHD 120 fps FHD 120 fps
No 4K No 4K 4K30 fps 4K30 fps[53] 4K30 fps 4K30 fps[54] No 4K 4K30 fps 4K30 fps 4K30 fps
HDR formats
顯示和回放 HDR10, HLG
視頻錄製 HDR10, HLG

Snapdragon 700系列[編輯]

編碼 Snapdragon

710[55]/712[56]

Snapdragon

720G[57]

Snapdragon

730G[58]/732G[59]

Snapdragon

765[60]/765G[61]

/768G[61]

Snapdragon

778G[62]

Snapdragon

780G[63]

支持情況 Q2 2018 / Q1 2019 Q1 2020 Q2 2019 / Q3 2020 Q2 2019 / Q2 2019 / Q2 2020 Q2 2021 Q1 2021
Hexagon 685 692 688 696 770 770
H263| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E
VC-1| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E
H.264| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - ? ?
VP8| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E
H.265| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E
style="background: #FFD; color: black; vertical-align: middle; text-align: center; " class="partial table-partial skin-invert"|D D D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - -
VVC| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - -
VP9| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E
style="background: #FFD; color: black; vertical-align: middle; text-align: center; " class="partial table-partial skin-invert"|D D D D
AV1| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|- - - -
FPS
解碼支持幀率 HD 240 fps HD 240 fps HD 240 fps HD 480 fps
FHD 120 fps FHD 120 fps FHD 120 fps ?
4K 30fps 4K 30fps 4K 30fps 4K 60fps
編碼支持幀率 HD 240 fps HD 240 fps HD 240 fps HD 480 fps
FHD 120 fps FHD 120 fps FHD 120 fps ?
4K 30fps 4K 30fps 4K 30fps ?
HDR formats
顯示和回放 10-bit HDR HDR10, HLG HDR10, HLG, HDR10+
data-sort-value="" style="background: var(--background-color-interactive, #ececec); color: var(--color-disabled, #2c2c2c); vertical-align: middle; font-size: smaller; text-align: center; " class="table-na" | 不適用 不適用 HDR10, HLG HDR10, HLG, HDR10+
data-sort-value="" style="background: var(--background-color-interactive, #ececec); color: var(--color-disabled, #2c2c2c); vertical-align: middle; font-size: smaller; text-align: center; " class="table-na" | 不適用 不適用 不適用 不適用 10-bit HDR HEIF

Snapdragon 800系列[編輯]

編碼 Snapdragon

800[64]

Snapdragon

801[64]

Snapdragon

805[65]

Snapdragon

810[66]

Snapdragon

820/821[67]

Snapdragon

835[68]

Snapdragon

845/850[69]

Snapdragon

855/855+[70]

Snapdragon

865/865+

/870[71]

Snapdragon

888[72]

Snapdragon

8 Gen 1

支持情況 Q2 2013 Q1 2014 Q1 2014 Q3 2014 Q4 2015

Q3 2016

Q2 2017 Q1 2018 2019 2019

2021

Q4 2020 2021
Hexagon QDSP6 V5 QDSP6 V5 QDSP6 V50 QDSP6 V56 680 682 685 690[73] 698 780 790
class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
H263| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E[74] D & E D & E D & E D & E D & E
VC-1 class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E D & E
H.264| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E[75] D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|N/A N/A N/A N/A N/A N/A D & E D & E D & E D & E
VP8| class="table-yes skin-invert" style="text-align:center; background:#90FF90"|D & E D & E D & E D & E D & E[76] D & E D & E D & E D & E D & E
H.265| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|N/A D & E 720p@30 D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|N/A N/A N/A N/A D D D & E D & E D & E D & E
VP9| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|N/A N/A N/A N/A D D & E D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|N/A N/A N/A N/A D D D & E D & E D & E D & E
class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
VVC| class="table-no skin-invert" style="text-align:center; background:#FF9090"|N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
FPS
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