高通Hexagon

Hexagon 是高通公司推出的一系列数字信号处理器（DSP）以及后来的神经网络处理器（NPU）产品的品牌名称。 Hexagon 也被称为 QDSP6，即“第六代数字信号处理器”。据高通公司介绍，Hexagon 架构旨在为多种应用提供高性能的同时保持低功耗。^[2]

每一版本的 Hexagon 都拥有特定的指令集体系结构和微架构，这两个特性密切相关。

Hexagon 被广泛应用于高通骁龙芯片中，包括智能手机、汽车、可穿戴设备及其他移动设备，同时也在蜂窝电话网络的组件中得到应用。^[3]

计算设备具有指令集，这是它们最底层、最原始的语言。常见的指令包括将两个数字相加、相乘或以其他方式组合的指令，以及指示处理器在内存中查找下一条指令的位置的指令。还有许多其他类型的指令。

汇编器和编译器可以将计算机程序翻译成一系列指令（即比特流），这些指令是设备可以理解并执行的。在指令序列执行过程中，指令特权级别用于支持系统功能的完整性。特权指令可以访问设备上更多的资源，包括内存。Hexagon 支持特权级别。

最初，Hexagon 指令只能处理整数，而不能处理浮点数^[4]。但在 v5 版本中，添加了对浮点数的支持。

负责执行指令的处理单元能够以有序方式将最多 4 条指令（即一个数据包）分发到 4 个执行单元，并且每时钟周期都如此。^[5]

微架构是指芯片或芯片组件的物理结构，它使得设备能够执行指令。一个给定的指令集可以通过多种不同的微架构来实现。Hexagon设备的总线（数据传输通道）宽度为32位，这意味着32位的数据可以在一次操作中从芯片的一个部分移动到另一个部分。Hexagon微架构是多线程的，这意味着它可以同时处理多个指令流，从而提高数据处理速度。Hexagon支持VLIW指令集^[6]，这些指令字是由四个指令组成的组，可以“并行”执行。并行执行意味着多个指令可以同时运行，而无需一个指令完成才能开始下一个指令。Hexagon微架构支持单指令、多数据（SIMD）操作，这意味着当Hexagon设备接收到一个指令时，它可以同时对多个数据进行操作。

根据2012年的估计，高通公司在2011年为其片上系统（SoC）出货了12亿个DSP核心（平均每个SoC包含2.3个DSP核心），并计划在2012年出货15亿个核心，这使得QDSP6成为最流行的DSP架构。^[7]

Hexagon架构旨在为各种应用提供高性能和低功耗。它具有硬件辅助多线程、特权级别、VLIW、单指令、多数据（SIMD）等特性，以及针对高效信号处理的指令。硬件多线程通过“桶式”时间多线程实现——每个周期轮流切换线程，因此600MHz的物理核心在V5之前表现为三个200MHz的逻辑核心。Hexagon V5切换到动态多线程（DMT），当发生L2缓存未命中、中断等待或执行特殊指令时进行线程切换。

在高通公司于2013年Hot Chips大会上，高通公司公布了其Hexagon 680 DSP的详细信息。高通公司还宣布了Hexagon向量扩展（HVX）。HVX旨在允许对高级图像和计算机视觉中的大量计算工作负载在DSP上进行处理，而不是在CPU上^[8]。2015年3月，高通公司宣布其Snapdragon Neural Processing Engine SDK，该SDK允许使用CPU、GPU和Hexagon DSP进行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以及用于AI加速的Hexagon Tensor Accelerator (HTA)^[10]。Snapdragon 865包含基于Hexagon 698 DSP的第五代片上AI引擎，其性能高达每秒15 TOPS。^[11] Snapdragon 888包含基于Hexagon 780 DSP的第六代片上AI引擎，其性能高达26 TOPS。 ^[12]Snapdragon 8包含第七代片上AI引擎，基于Hexagon DSP，性能可达52 TOPS，在某些情况下甚至可以达到104 TOPS。^[13]

针对 Hexagon 平台的 Linux 版本运行在虚拟机层（“Hexagon Virtual Machine”），并在内核的 3.2 版本中被合并^[14]。最初的虚拟机是闭源的，但高通于 2013 年 4 月发布了针对 QDSP6 V2 和 V3 的一个最小化的开源虚拟机实现，名为“Hexagon MiniVM”，并采用 BSD 风格的许可证。^[15]

Tony Linthicum 在 LLVM 的 3.1 版本中添加了对 Hexagon 的支持。^[16] LLVM 的 8.0.0 版本中添加了对 Hexagon/HVX V66 指令集的支持。^[17]此外，还有一个非 FSF 维护的 GCC 和 binutils 分支。^[18]

高通 Hexagon DSP 自 2006 年以来一直应用于高通 Snapdragon SoC。^[19] 在 Snapdragon S4 (MSM8960 及更高版本) 中，有三个 QDSP 核心，其中两个位于 Modem 子系统，一个 Hexagon 核心位于 Multimedia 子系统。Modem 核心仅由高通编程，只有 Multimedia 核心允许用户进行编程。

它们也用于一些高通的微型蜂窝基站处理器，包括 FSM98xx、FSM99xx 和 FSM90xx。^[20]

2016 年 3 月，宣布半导体公司 Conexant 的 AudioSmart 音频处理软件正在被集成到高通的 Hexagon 中。^[21]

2018 年 5 月，wolfSSL 添加了对使用高通 Hexagon 的支持。这意味着可以在 DSP 上运行 wolfSSL 加密操作。除了加密操作之外，后来还添加了一个专门的操作负载管理库。^[22]

QDSP6架构发布了六个版本：V1（2006年），V2（2007–2008年），V3（2009年），V4（2010–2011年），QDSP6 V5（2013年，应用于Snapdragon 800），以及QDSP6 V6（2016年，应用于Snapdragon 820）^[23]。V4版本的功耗为每毫瓦20 DMIPS，工作频率为500 MHz。

Hexagon的运行频率在QDSP6架构中为400–2000 MHz，而在该架构的前一代产品QDSP5中，则为256–350 MHz。

骁龙SoC支持的各种视频编解码器。

D - 解码；E - 编码

FHD = 全高清 = 1080p = 1920x1080像素

HD = 720p，可以是1366x768像素或1280x720像素