Avaliação de energia e computação de núcleos de processamento de vídeo em CPU e FPGA

Abstract

Arquiteturas heterogêneas estão se tornando cada vez mais comuns, permitindo a acele- ração de módulos de compressão de vídeo. Isto é especialmente benéfico quando contêm algoritmos mistos de fluxo de dados e fluxo de controle, na qual o primeiro pode ser otimizado por hardware, enquanto o último ainda pode ser executado em uma CPU. Em codificadores de vídeo, a intra e inter- prediçao são exemplos típicos de operações de fluxo de dados. Esses etapas envolvem pesquisas de correspondência de blocos que visam encontrar o par de blocos mais semelhante, um sendo codificado e outro que é gerado durante a previsão. A semelhança pode ser medida de diferentes maneiras, mas as mais comuns são a Soma de Diferenças Absolutas (SAD), a Soma das Diferenças Absolutas Transformadas (SATD) e Soma das Diferenças Quadradas (SSD). Todas essas métricas de distorção são executadas diversas vezes para cada bloco sendo codificado, reduzir o tempo ou a energia necessária calculá-los é extremamente benéfico. Este artigo apresenta uma comparação dos custos de energia das operações SAD e SSD em uma CPU e em designs VLSI dedicados. Os experimentos foram conduzido em um componente FPGA baseado em Artix-7. O VLSI arquiteturas e rotinas de simulação foram projetadas com VHDL, e as versões do software foram descritas em C. Nosso resultados mostram que, como esperado, o FPGA tem um grande ganho de energia eficiência sobre a CPU.