Creative Sound Blaster X-Fi

Durante la fase di ricerca e sviluppo del processore audio X-Fi, gli ingegneri di Creative hanno analizzato i punti deboli dell'architettura alla base dei precedenti prodotti al fine di eliminarli o, in caso non fosse possibile, ridurli. Ciò ha richiesto una completa revisione del concetto di “processore audio” il che ha portato all'ideazione e realizzazione di una struttura di calcolo completamente inedita.

Il chip CA20K1, nome in codice di X-Fi, è stato sviluppato inizialmente al Creative's Advanced Technology Center nella Scott's Valley in California da un team denominato VLSI, acronimo che sta per Very Large Scale Integration, termine con il quale si indica l'integrazione di un'elevata potenza di calcolo, un'enorme flessibilità ed avanzate funzionalità nel chip più piccolo ed efficiente possibile ed al minor costo possibile. X-Fi è composto da oltre 51 milioni di transistor, lavora ad una frequenza di 400 Mhz e possiede una potenza di calcolo pari a 10340 MIPS, cioè milioni di istruzioni per secondo, dove per istruzioni si intendono addizioni e moltiplicazioni in virgola mobile. A titolo di confronto, la Sound Blaster Pro, prima scheda audio Creative stereo, eseguiva circa 1 MIPS ed era composto da circa 100.000 transistor, mentre il processore audio alla base della Sound Blaster Live!, l'EMU 10K1, esegue circa 335 MIPS ed è composto da 2 milioni di transistor. La precedente generazione di processori audio Creative alla base delle Sound Blaster Audigy e Audigy 2, possiede una potenza di calcolo pari a 424 MIPS ed è composta da 4,6 milioni di transistor.

I 10340 MIPS all'interno di X-Fi sono così distribuiti: 7310 sono dedicati al SRC (Sample Rate Conversion), 200 ai filtri, 1210 al mixer, 440 al tank e 1180 al DSP. Successivamente analizzeremo in dettaglio ognuna di queste componenti. Ciò che ci preme sottolineare in questo momento è la particolare organizzazione interna realizzata da Creative al fine di incrementare l'efficienza complessiva. Il processore audio X-Fi è dotato di un'architettura denominata Audio Ring che rappresenta un significativo miglioramento rispetto alle classiche architetture viste fino ad ora.

L'architettura dei processori audio convenzionali

Tutti i processori audio convenzionali elaborano un segnale sonoro attraverso una pipeline composta da un determinato numero di elementi special purpose (SRC, filtri e mixer), specializzati in poche specifiche funzionalità ed estremamente efficienti nell'eseguirle, ed un elemento di tipo general purpose denominato DSP (Digital Signal Processor). Nel caso in cui uno degli elementi special purpose non sia in grado di eseguire una determinata operazione, questa può essere delegata al DSP che, tuttavia, non essendo specializzato, risulterà essere poco efficiente (sia in termini qualitativi che velocistici) nell'eseguirla.

L'architettura Audio Ring del processore audio X-Fi

Gli ingegneri Creative, durante la fase di ricerca e sviluppo hanno identificato un grande numero di operazioni comuni presenti all'interno della pipeline di calcolo ed hanno deciso di realizzare una grande quantità di elementi special purpose, affiancati naturalmente ad un potente DSP.

Affinché potesse essere raggiunta la massima efficienza possibile, è stata adottata un'architettura ad anello, l'Audio Ring, che gestisce un traffico di dati pari a 4096 canali audio e consente di effettuare le varie operazioni senza seguire necessariamente un preciso ordine, delegando ogni computazione all'unità specializzata disponibile in quel momento, DSP incluso. Una piccola curiosità: è sorprendente vedere come architetture con bus di comunicazione ad anello stiano spopolando ultimamente visto che oltre a X-Fi, anche la nuova generazione di processori grafici Radeon adotta una soluzione simile dal punto di vista organizzativo, benché differente nelle finalità.

Per la prima volta, inoltre, viene introdotta in un processore audio una componente molto diffusa all'interno dei processori grafici: il memory controller. Le schede audio Sound Blaster X-Fi possiedono tutte un quantitativo di memoria onboard (più o meno corposo a seconda del modello), che ha la funzione di cache, grazie al quale possono contare su una banda passante complessiva superiore a quella fornita dal solo bus PCI o anche alleggerire il traffico di dati su questo bus, liberando, quindi, risorse del personal computer.