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處理器/DSP  

新型處理器架構滿足LTE/4G無線處理需求

上網時間: 2010年11月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LTE  4G  處理器  DSP  ATLAS 

為了讓目前的無線蜂巢式網路滿足日益成長的無線數據處理需求,全球加速向LTE/4G遷移的趨勢已經日益明顯。LTE或3.9G透過採用更有效的傳輸技術來提升數據速率,下一步,4G要提升到更高數據率,LTE、4G基礎設備給半導體供應商提出的挑戰是要用數位訊號處理器(DSP)來滿足更高的數據處理需求,這些新型DSP的性能要比我們今天所用的DSP高出幾個數量級!

全球行動設備供應商協會(GSA)2010年4月的報告指出,全球已有31個國家承諾將部署64個LTE網路,預計到2010年底將有22個LTE網路提供使用,截止2011年年底將有39個或更多LTE網路提供使用;總計88個廠商已經承諾將在42個國家部署LTE系統,有的已經開始進行測試或進行其他規劃活動。

半導體產業商機巨大但挑戰並存,LTE的性能需求是目前3G網路性能需求的100到1,000倍!相較目前在3G使用的CDMA無線技術,LTE採用的OFDMA技術採用多天線訊號處理可以實現更高的頻譜效率,並可以支援更寬的頻譜。不過,OFDMA技術也更為複雜,需要的運算量比CDMA技術大得多。如圖1所示,從GSM遷移到UMTS/HSDPA再遷移到LTE,運算量需求要提升4、5個數量級--從大約10個MOPS(每秒百萬次運算)提高到10萬甚至1百萬MOPS,如此才可以提供LTE所要求的10到100 Mbps數據傳輸性能。

圖1:從GSM遷移到UMTS/HSDPA再到LTE,運算量需求要提升4、5個數量級。
圖1:從GSM遷移到UMTS/HSDPA再到LTE,運算量需求要提升4、5個數量級。

LTE還採用了先進的多天線訊號處理技術,涉及到兩種最流行的技術MIMO(多輸入多輸出)編程和波束形成,同樣,這也都是高度密集運算型應用,需要新一代最佳化的專用DSP解決方案。

所需的DSP性能達到新高

LTE的運算處理要求如此巨大,因此對DSP的性能提升要求也是巨大的 --單個通用DSP不能滿足這樣的性能需求,我們需要多顆DSP來實現LTE系統,而且這些DSP必須非常高效。以往的‘通用’DSP將無法滿足數據處理要求。半導體供應商和IP供應商都在努力打造全新一代DSP,其性能可以滿足廠商新建基礎設備的需求。

要開發這些新的DSP,我們所面臨的挑戰是難以想像的,它無法透過提升DSP時脈頻率來實現--這樣做會大幅增加功耗。我們需要針對運算任務最佳化的全新架構,這不僅意味著硬體層面的開發,也需要開發配套的軟體--因為越來越多的處理正透過軟體來完成。

早期在開發軟體定義無線電(SDR)方面的嘗試令人失望,因為他們大多基於單一的DSP,其性能無法跟上運算需求的成長。而將密集運算交給RTL模組的方法從根本上違背了軟體無線電的初衷,因為RTL模組是不可程式的。然而我們可以用多顆DSP處理器來實現無線射頻系統--多顆針對不同任務進行最佳化設計專用DSP。這些全新定製的專用DSP核心在設計之初就是從整個系統的角度出發,完全可以滿足LTE的運算性能需求。

所需的處理類型

一個典型的現代通訊收發機可以劃分為三個運算域:

* 訊號域:實現複數或實數數據的最佳化運算,包括FFT、濾波、同步以及矩陣運算等靠近系統中RF一側的運算。

* 位元軟值域(soft bit domain):包括從軟體解映射模組到前向糾錯(FEC)解碼模組等靠近接收端MAC一側的運算。

* 位元域:通常是在發送端靠近MAC一側,包括CRC編碼、加擾、FEC編碼和位元交織等作業。

這三種根本不同的運算需求需要不同類型的DSP核心(IP核心是必要的,因為從功耗和面積效率的角度看,所有這些功能必須在單晶片而不是分開的晶片上實現)。


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