Siła krzemu
Na początek przytoczę kilka parametrów technicznych układu X-Fi, ponieważ są one zaskakujące. Procesor ten ma moc obliczeniową równą 10 340 MIPS-ów, czyli mniej więcej tyle, ile oferuje procesor Pentium 4 taktowany częstotliwością 3,4 GHz za 1100 zł! Dzięki takiej wydajności X-Fi może wykonać 10 miliardów operacji w ciągu sekundy. Wykonany w technologii 0,13 mikrometra X-Fi składa się z 51 milionów tranzystorów (nieco mniej niż Pentium 4 2,4 GHz). Zasilany napięciem 1,2 V “scalak” pobiera na tyle mało energii, że zbytnio się nie grzeje, więc nie trzeba instalować na nim nawet pasywnego chłodzenia w postaci radiatora. Duża moc obliczeniowa i taktowanie zegarem 400 MHz zapewniają X-Fi możliwość przeprowadzania wszystkich obliczeń związanych z obróbką sygnałów audio bez obciążania tymi zadaniami procesora komputera. Poprawione nieco zostały parametry elektroakustyczne X-Fi, którego stosunek sygnału do szumu ma się kształtować na poziomie 118 dB.
Znajdujący się w układzie X-Fi procesor DSP składa się z czterech działających niezależnie subprocesorów (stąd też wywodzi się nazwa procesora DSP – Quartet), może więc przetwarzać cztery wątki jednocześnie. DSP ma dwie jednostki SIMD (Single Instruction, Multiple Data) – każda z nich operuje na dwóch potokach danych w tym samym czasie. Procesor sygnałowy może prowadzić obliczenia zarówno na liczbach stało-, jak i zmiennoprzecinkowych. Zaletę układu DSP stanowi też zestaw 60 specjalnych instrukcji do przetwarzania sygnałów audio, które podnoszą ogólną wydajność i efektywność procesora.
Ekstremalna dokładność
Patrząc na powyższe parametry, trudno się dziwić, że X-Fi zaprojektowany został według całkowicie nowej koncepcji, która zrywa z dotychczas obowiązującymi standardami w zakresie tworzenia układów dźwiękowych. X-Fi ma zupełnie inną budowę – zamiast typowego “szeregowego” przetwarzania sygnału zastosowano architekturę pierścieniową Audio Ring, pozwalającą na przesyłanie próbek dźwiękowych z jednego dowolnie wybranego modułu układu do drugiego. Audio Ring przetwarza dane potokowo i obsługuje aż 4096 wewnętrznych kanałów audio. Proszę nie mylić tej liczby np. z kanałami wyjściowymi karty dźwiękowej. Oznacza ona, że X-Fi może jednocześnie obrabiać 4096 próbek audio (np. związanych z emulacją efektów, pogłosu czy DSP).
X-Fi to pierwszy na świecie bardzo elastyczny procesor, który dynamicznie zarządza zasobami za pośrednictwem modularnej architektury, całkowicie zmieniając sposób odtwarzania dźwięku we wszystkich aplikacjach. Procesor składa się z kilku bloków, przeznaczonych do realizacji zadań związanych z przetwarzaniem, próbkowaniem i miksowaniem sygnału audio. W skład układu X-Fi oprócz opisanego wcześniej procesora DSP wchodzi także Sample Rate Converter (konwerter częstotliwości próbkowania), który zajmuje się zamianą częstotliwości próbkowania dźwięku, zachowując przy tym taką samą jakość sygnału audio. Jak podaje firma Creative moduł SRC wyróżnia się współczynnikiem zawartości harmonicznych i szumu (THD+N) na poziomie -135 dB (wartość zmierzona podczas zamiany częstotliwości próbkowania sygnału 997 Hz z 44,1 na 48 kHz). To więcej, niż oferują najlepsze przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC).
Kolejną innowacją układu X-Fi jest tzw. Transport Engine. Moduł ten nie zajmuje się obróbką dźwięku, ale odgrywa bardzo ważną rolę, ponieważ zarządza kanałami bezpośredniego dostępu do pamięci RAM i magistrali PCI, co w efekcie wpływa na zwiększenie wydajności przetwarzania danych.
Następny element układu X-Fi – TankEngine – odpowiada za generowanie efektów dźwiękowych, takich jak reverb, chorus, reflections (odbicia) i IATD (Inter-Aural Time Delay), czyli mówiąc w skrócie: wytwarzanie sygnałów przesuniętych w czasie, umożliwiających słuchaczowi zlokalizowanie źródła dźwięku. Wymienione efekty stosowane są najczęściej podczas emulowania trójwymiarowego dźwięku.
Ostatnie dwa elementy składowe układu X-Fi to Filter Engine i Mixer Engine. Pierwszy z nich to wyspecjalizowany moduł sprzętowy, zawierający zestaw setek filtrów cyfrowych, które pozwalają na wytwarzanie efektów środowiskowych, pozycjonowanie dźwięku i syntezę muzyki. Dzięki Filter Engine’owi możliwe stało się uzyskanie realistycznie brzmiącego wirtualnego dźwięku przestrzennego generowanego przez słuchawki. Moduł ten ma moc obliczeniową 200 MIPS-ów. Firma Creative podaje, że jeśli ktoś chciałby zaimplementować podobne filtry w układzie DSP, musiałby użyć procesora o wielokrotnie większej mocy. Rolą jednostki Mixer Engine jest z kolei zarządzanie wszystkimi 4096 wewnętrznymi kanałami audio. Zajmuje się ona skalowaniem, dodawaniem, przełączaniem i miksowaniem sygnałów przed ponownym wysłaniem ich na magistralę Audio Ring.
| Moc obliczeniowa układów Creative’a | |||||
| Sound Blaster Pro | AWE 32 (EMU8000) | Live! (10k1) | Audigy (10k2) | X-Fi | |
| Raw Data Path [MIPS] | 1 | 67 | 335 | 424 | 10 340 |
| Liczba wewnętrznych kanałów audio | nd. | nd. | 161) | 641) | 4,096 |
| Prędkość przetwarzania sygnału w porównaniu z układem Live! | 0,0001x | 0,2x | 1x | 4x | 67x |
| Liczba przetwarzanych jednocześnie efektów w czasie rzeczywistym | nd. | nd. | 1 | 4 | 8 |
| Liczba tranzystorów | 100 tys. | 500 tys. | 2 mln | 4,6 mln | 51,1 mln |
| 1) – w module przetwarzania efektów; nd. – nie dotyczy | |||||
