3G與超3G：利用多核處理器優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)卓越3G、WiMAX 及LTE性能

　　如今，多內(nèi)核處理器正日益成為解決蜂窩基站功率與性能難題的常用有效工具。

　　雖然無線領(lǐng)域中最受青睞的應(yīng)用仍然是語音，但是數(shù)據(jù)正緊隨其后，迅速成為熱門的3G 應(yīng)用，而且隨著運(yùn)營商對諸如移動 WiMAX （IEEE 802.16e） 和長期演進(jìn) （LTE） 等 4G 技術(shù)的部署，數(shù)據(jù)的這種發(fā)展勢頭還將持續(xù)下去。在電子郵件、Web 瀏覽、音樂下載以及機(jī)器對機(jī)器 （M2M） 的應(yīng)用中，所有數(shù)據(jù)流量都會增加每個收發(fā)器基站 （BTS） 或節(jié)點(diǎn) B （Node B） 的工作量，在城市地區(qū)尤為如此。

　　在為 BTS 調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用開發(fā)片上系統(tǒng) （SoC） 的過程中，這些工作量會為芯片設(shè)計(jì)人員帶來新的挑戰(zhàn)。一個主要問題是基帶處理器平臺，在該平臺上多內(nèi)核處理器正日益成為平衡功率與性能的高效率通用工具。

　　對于 3G 與 4G BTS 應(yīng)用而言，理想的解決方案應(yīng)采用具備片上加速器的多內(nèi)核數(shù)字信號處理器 （DSP），從而避免采用 FPGA 或微處理器的麻煩。多內(nèi)核平臺能夠降低研發(fā)成本并同時(shí)加速開發(fā)與上市進(jìn)程，尤其在用于軟件可編程平臺時(shí)更為如此，因而可支持多種應(yīng)用并形成可擴(kuò)展解決方案以支持各種外形尺寸，進(jìn)而使 BTS 廠商直接受益。

　　此外，理想的解決方案還可包含高性能接口，如用于網(wǎng)絡(luò)連接的千兆位以太網(wǎng)，片上開放式基站架構(gòu)項(xiàng)目 （OBSAI） ，通用公共無線電廣播接口 （CPRI） 天線接口等，以支持通過底板與 RF 收發(fā)器卡或者遠(yuǎn)程無線電廣播前端 （RRH）的連接， 同時(shí)也能實(shí)現(xiàn) DSP 間連接與 RapidIO 的直接連接。圖 1 對部分選擇進(jìn)行了說明。

圖 1 支持通過底板與 RF 收發(fā)器卡或者遠(yuǎn)程無線電廣播前端 (RRH) 的連接，
同時(shí)也能實(shí)現(xiàn) DSP 間連接與 RapidIO 的直接連接的接口選項(xiàng)

　　電源問題是眾多移動基礎(chǔ)局端廠商及其供應(yīng)商升級至多內(nèi)核設(shè)計(jì)的主要原因。隨著 BTS 工作負(fù)載的不斷增加，鑒于所需功率與散熱，僅僅簡單地提高 DSP 頻率已不再是可行的解決方案。而取代更高性能DSP的首選方案將是采用多核設(shè)計(jì)。例如，如果系統(tǒng)需要 DSP 提供 3GHz 性能，那么最理想的選擇是采用三個運(yùn)行頻率均為 1GHz， 并采用單個 DSP 封裝的內(nèi)核。這種設(shè)計(jì)可以同時(shí)滿足電源與性能的要求。

　　另一個針對高性能 DSP 的低功耗技術(shù)是 TI 的 SmartReflex？ 技術(shù)，其可以同時(shí)降低靜態(tài)與動態(tài)功耗，并且可同時(shí)保持指定的器件性能。TI 的 Smart Reflex 需要考慮眾多技術(shù)因素，如基于制造工藝的專用器件硅芯片特性以及熱參數(shù)等。這樣可有效降低 DSP 的功耗，同時(shí)保持性能目標(biāo) —— 當(dāng)前 TCI6488 為 1GHz，是集成了 Smart Reflex 技術(shù)的 DSP 之一。

　　新靈活性

　　由于 DSP 變得更為強(qiáng)大，因此它們能夠完成以前需要輔助元件（如通用處理器、RISC處理器以及 FPGA 等）才能完成的任務(wù)。如 TI的 TCI6488 等最新的多內(nèi)核 DSP 具有足夠強(qiáng)大的能力來處理基帶卡中的所有任務(wù)。由于消除了不必要的組件并進(jìn)而降低了材料清單 （BoM） 成本，因而其可以直接改進(jìn)廠商的賬本底線并增強(qiáng)競爭優(yōu)勢。此外，避免采用高功耗的 FPGA 還有助于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員充分滿足效率要求。

　　例如，在 TCI6488 等多內(nèi)核處理器中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以安排單個 DSP 內(nèi)核來負(fù)責(zé) MAC 處理（以前需要獨(dú)立的 RISC 處理器），而讓其他的 DSP 內(nèi)核來管理 PHY 處理與其他功能。通過同時(shí)支持同一平臺中的 MAC 與 PHY 層處理，TCI6488 還可以優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。根據(jù)各自的策略以及內(nèi)部能力，廠商可以采用 TI 提供的多功能庫，然后集成在一起創(chuàng)建其自己的獨(dú)特解決方案，也可以與 TI 的第三方合作伙伴攜手開發(fā)完整的交鑰匙解決方案。

　　可用的此類解決方案之一是完整的移動 WiMAX Wave 2 PHY 與 MAC 解決方案。無論采用哪種選擇，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在都可以在競爭激烈的市場中（如已經(jīng)有超過 300 家廠商在拼殺的移動 WiMAX市場）實(shí)現(xiàn)所需的高靈活性、低開發(fā)成本以及快速的上市時(shí)間。

　　此外，最新 DSP 還可以支持多種空中接口，使各廠商能夠靈活地利用相同平臺與知識庫來應(yīng)對多個市場，從而不僅能夠降低開發(fā)成本，同時(shí)還能加速上市進(jìn)程。例如，TCI6488 目前可支持 LTE、WCDMA/HSPA/HSPA+、TD-SCDMA、WiMAX以及 GSM/EDGE 等。圖 2 對部分當(dāng)前配制選項(xiàng)進(jìn)行了說明。

圖 2 TC16488 當(dāng)前支持 LTE、WCDMA/HSPA/HSPA+/TD-SCDMA、WiMAX 以及 GSM/DGE

　　這些技術(shù)選擇還可以說明 TCI6488 等基帶平臺如何通過提供每信道卡最高載波數(shù)量以及使其能夠在同一基帶硬件中支持新功能與新標(biāo)準(zhǔn)，從而降低無線運(yùn)營商的資本開支。

　　此外，TCI6488 還可以證明多內(nèi)核 DSP 如何為廠商提供通過擴(kuò)展單個產(chǎn)品設(shè)計(jì)而支持各種應(yīng)用的靈活性。例如，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以將多個 TCI6488 鏈接在一起，以針對微微蜂窩與宏蜂窩應(yīng)用而縮小或擴(kuò)展平臺。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還可以選擇讓一個電路板處理發(fā)射功能，而讓另一塊電路板處理接收功能，或者讓單個電路板同時(shí)處理特定數(shù)量用戶的收發(fā)功能。圖 3 對部分定制選項(xiàng)進(jìn)行了說明。

圖3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可用的定制選項(xiàng)