Cell CPU 탑재 CS4 지원 인코딩 가속기. WinFast PxVC1100 Page 2:: 보드나라

2. Cell 기반 SpursEngine

Cell 기반 고성능 스트림프로세서 SpursEngine

Cell 프로세서는 소니 플레이스테이션 3 등에 사용되고 있으며, 게임기에 조금이라도 관심이 있는 사용자들이라면 한번 쯤 들어봤을 단어다. 오늘 살펴볼 트랜스코딩 카드인 WinFast PxVC1100에 장착된 SpursEngine SE1000이 Cell (Cell BraodBand Engine)을 기반으로 하고 있다.

Cell은 Sony computer Entertainment와 Toshiba, IBM이 연합하여 만든 STI 연구소를 통해 개발된 프로세서로 현재 데스크탑 프로세서에 적용되고 있는 아키텍처보다는 오히려 그래픽 연산을 주로 담당하는 AMD ATI와 NVIDIA GPU처럼 멀티미디어와 디지털 이미징, 물리 시뮬레이션 등과 같은 특정 부분에서 고성능을 제공할 수 있도록 만들어진 프로세서로 볼 수 있다.

Cell 기반 SpursEngine SE1000

[Cell Broadband Engine 기반 Toshiba SpursEngine SE1000]

[SpursEngine 개발 컨셉 : MPEG-2/ H.264 Full-HD 환경에 최적화]

Cell Broadbnad Engine (Cell) 기반 고성능 미디어 스트림 프로세서 (Media Stream Processor)인 SpursEngine SE1000은 도시바 (Toshiba)에서 멀티미디어 즉, MPEG-2/ H.264의 트랜스코딩 등과 같은 특정 부분에서 높은 성능을 얻기 위해 개발되었다.

SpursEngine SE1000은 도시바가 Cell의 원래 구성인 8 SPE에서 4개의 SPE는 남기고 나머지 4개는 하드웨어 기반 MPEG-2/ H.264 인코딩/ 디코딩을 위한 하드웨어로 교체하여 이들 처리 과정에서 높은 성능을 비롯하여 소비전력을 낮출 수 있도록 구성되고 있다. 여기에 FlexIO 부분을 제거한 대신 PCI-Express 브릿지를 추가하여 데스크탑 환경 등에 보다 쉽게 적용할 수 있도록 만들었다. (FlexIO는 코드명 Redwood로 Rambus가 개발한 기술로 병렬 인터페이스이면서 PCI-Express보다 높은 6.4Gbps의 전송률을 제공한다. FlexIO의 폭은 96bits (12bytes)로 최대 대역폭은 76.8GB/s, PCI-Express 2.0 X16 Lane이 단방향 8GB/s로 양방향 16GB/s의 대역폭을 제공한다.)

참고로 Cell 프로세서는 CPU의 코어로 볼 수 있는 Power Processing Element (PPE)는 파워 아키텍처 기반으로 2-Way 멀티스레드 코어이며, 8개가 모인 코 프로세서 (Co-Processor는 쉽게 말해 메인 CPU의 부족한 부분을 보강해주는 프로세서라고 정의될 수 있다.)를 Synergistic Processing Elements (SPE)라 부른다.

(파워 아키텍처는 IBM, Freescale, AMCC, Tundra, P.A. Semi가 연합하여 만든 RISC 아키텍처에 가까운 마이크로프로세서 아키텍처다. Power/ PowerPC (Apple, IBM, Motorola의 AIM 연합)/ Cell 등이 파워 아키텍처 기반으로 만들어졌다.)

PPE와 SPE는 Element Interconnect Bus (EIB)로 불리는 고속 버스로 연결되어 처리 성능을 높이며, Cell의 PPE는 Single Precision 부동소수점 연산에 최적화되어 있으나 SPE를 통해 Double Precision 부동소수점 연산 성능을 향상시키고 있다.

SpursEngine SE1000 구조

[SpursEngine 다이어그램 (상) 및 SPE 구조 (하)]

SpursEngine의 SPE는 하나가 1.5GHz로 동작되며, SPU 당 12GFLOPs의 처리를 통해 최대 48 GFLOPs의 처리 능력을 제공한다. SPE는 8/ 16/ 32bit 정수 연산과 Single/ Double Precision 부동소수점연산이 가능하다. 또, SPE 코어 하나는 256KB 로컬 메모리와 4개의 XDR DRAM을 사용하여 최대 128MB 용량 구성을 하며, 32bit 인터페이스를 통해 최대 12.8GB/s의 대역폭을 제공한다.

구분	SpursEngine SE1000 스펙
SIMD	- 4 SPEs (각 1.5GHz 동작, 12GFLOPs (x4, 48GFLOPs)) - Cell Broadband Engine과 SPU 명령어셋 완벽호환 - SIMD RISC 프로세서 - 8/ 16/ 32bit Integer, Single/ Double Precision Floating-Point - SPE 당 256KB 로컬메모리 - DMAC/ MMU 내장
Hardware Codec	- Full-HD 호환 MPEG-2 Encoder/ Decoder (MPEG-2 : MP@HL) - Full-HD 호환 H.264 Encoder/ Decoder (High Profile@Level 4.1, 1920 x 1080 60i/24p, 1280 x 720 60p)
메모리 인터페이스	- XDR DRAM - 32bit Data Width
외부 인터페이스	PCI-Express 1.1 호환 PCI-Express x4/ x1 Lane 지원

SPE 4개로 구성되는 SpursEngine SE1000은 10W-20W 내외의 전력을 소비하는 것으로 알려지고 있다.

SpursEngine을 지원하는 어플리케이션

제품명	제조사	기능/ 가격	이용 가능
CRI SpursCoder	CRI Moddileware	Encode/ Transcode (Video Only), 무료제공	현재 가능
CRI SpursCoder	CRI Moddileware	Encode/ Transcode (Video & Audio), 유료	2009년 3월
SpursCoder Adobe CS3 Plug-in	CRI Moddileware	Encode/ Transcode (Video & Audio), 유료	2009년 4월
SpursCoder Adobe CS4 Plug-in	CRI Moddileware	Encode/ Transcode (Video & Audio), 유료	2009년 2분기
DVD MovieWriter	COREL	DVD Authoring, 유료	현재 가능
EDIUS Pro	Thomson Canopus	Video Editing, 유료	2009년 2분기
FIRECODER WRITER	Thomson Canopus	BD/DVD Writing, Transcode, 유료	현재 가능
LoiloScope	Loilo	Video Editing, 유료	2009년 2분기
PowerDirector	CyperLink	Video Editing, 유료	N/A
TMPGEnc 4.0 Xpress	Pegasys	Encode, Video Editing, 유료	현재 가능

SpursEngine을 지원하고 있는 어플리케이션은 주로 비디오 트랜스코딩 및 편집 프로그램들이 주를 이루고 있으며, 이들 외에도 앞으로도 다양한 프로그램들이 등장할 것으로 예상되고 있다. 샘플로 제공된 WinFast PxVC1100은 TMPGEnc 4.0 Xpress 프로그램과 SpursEngine 지원을 위한 플러그인이 함께 제공된다.

Super Resolution

[SpursEngine에 최적화된 Super Resolution]

Super Resolution은 SpurEngine SE1000을 만든 도시바에서 개발한 기술로 SD (Standard Definition) 영상을 HD (High Definition)으로 트랜스코딩 (재인코딩)시 날카롭고 선명하게 만들어 더 생생한 영상을 만들어준다. Super Resolution은 SpurEngine에 최적화된 알고리즘을 이용하여 트랜스코딩시 최적화된 속도와 개선된 화질을 구현해준다. 테스트를 진행한 TMPGEnc 4.0 Xpress에서는 이 옵션에 따른 성능 차이를 비교했다.

WinFast PxVC1100이 지원하는 비디오 변환 해상도

WinFast PxVC1100은 Cell 기반의 SpursEngine을 내장하여 다양한 해상도의 비디오 컨버트가 가능해졌다. 고해상도에서 저해상도로의 다운스케일링은 대부분 지원하고 있으며, 저해상도에서 고해상도로의 업스케일링 변환은 일부 해상도를 제외하고 지원된다. 앞서 언급된 Super Resolution은 저해상도를 고해상도로 업스케일링시 사용되는 기능으로 저해상도와 일부 고해상도는 지원에서 제외된다.

SpursEngine 활용분야

SpursEngine은 Cell 기반으로 디지털 컨텐츠의 트랜스코딩 (재인코딩) 및 편집에 최적화되고 있으며, 비디오 컨버팅과 편집, 업스케일 (SD를 HD 품질로 업스케일), 손과 얼굴이미지 인식 등의 분야에도 활용되고 있다.

SpursEngine 협력사

[Toshiba SpursEngine 협력사 : 사이버링크/ Pegasys/ IBM/ Nero 등]

도시바에서 만들어진 SpursEngine은 IBM이나 Nero를 비롯하여 Leadtek, Cyberlink, Pegasys (TMPGEnc 4.0 Xpress 제작사), Corel, CRI Ware 등의 다양한 협력사들을 통해 하드웨어 및 소프트웨어들이 만들어지고 있다.

Cell과 SpursEngine 로드맵

[Cell/ SpursEngine 로드맵]

Cell을 기반으로 하고 있는 SpursEngine은 2007년 등장하여 현재에 이르고 있으며, SpursEngine II는 2009년 이후 등장할 것으로 알려지고 있다. Cell 프로세서 역시 65nm 공정이 2007년 등장했고 이후 계속 발전되고 업그레이드된 프로세서들이 등장하고 있다. Cell 프로세서가 고성능을 위한 분야에 적합한 구조 (PS3와 같은 콘솔 게임기 등)이고 SpursEngine은 저전력에 비디오 인코딩 분야 (트랜스코딩 (재인코딩)과 비디오 편집 등)에서 높은 성능을 제공하게 된다.