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多核心異質SoC改寫小型基地台設計趨勢

上網時間: 2012年07月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:SoC  多核心  小型蜂巢式基地台  small cell  智慧天線 

作者:麥利

隨著系統邁向整合,以及著眼於SoC晶片所具有的成本、尺寸與功耗優勢,目前正快速發展中的小型蜂巢式基地台(small cell)技術與晶片開發途徑也正朝著多核心異質SoC的方向發展。

傳統上,大型基地台一向混合採用ASIC、DSP和FPGA,而且每個OEM設計都採用不同的方法。而今,系統整合的趨勢,正引起了半導體設計廠商的關注。因應這一趨勢變化,致力於基地台晶片開發的飛思卡爾(Freescale)、LSI、德州儀器(TI)以及Cavium等公司都推出用於基地台的高整合度28nm SoC

從ASIC到SoC

“他們採用策略是全部採用單晶片架構,以實現小型蜂巢式到大型蜂巢式等各種蜂巢式基地台。”ABI Research公司行動網路實務總監Aditya Kaul表示。

“其終極目標是打造‘晶片上基地台’(basestation-on-chip)。”博通公司(Broadcom)基礎設施部門CTO Nick Ilyadis表示。該公司目前也正在設計這種晶片,同時,採用了最近收購NetLogic Microsystems和其他公司所取得的各種自主設計核心和IP。

“將DSP、硬體加速核心、數據封包處理器甚至回傳功能整合在單一元件上是很自然發展的過程。”Ilyadis認為,最終在市場進一步鞏固後,Wi-Fi都可能整合於這種基地台SoC上。“不過現在還言之過早,”他指出。

TI在最新的Keystone II晶片中整合了多達32個核心──包括4個ARM A15處理器和多個C66x DSP,還有數據封包處理器、RapidIO開關以及天線輔助電路。競爭對手飛思卡爾則在其QorIQ Converge晶片中整合了帶128位元AltiVec SIMD單元的雙執行緒e6500 Power核心和SC3900 StarCore DSP。

LSI也在最新開發的AXM2500晶片中使用高於1GHz的 PowerPC核心和新的嵌入式安全特性。該公司計劃未來轉向ARM核心。

“目前最重要的是大幅進行晶行整合,因此電路板將越來越小,越來越便宜,並且消耗更少的功率。”TI公司無線基礎設備部門技術策略總監Tom Flanagan表示。

Cavium聲稱其競爭優勢是在Octeon Fusion SoC中整合多達6個來自協力廠商的DSP以及4個64位元MIPS核心。由於上行和下行鏈路都高達150Mbps的數據速率,“我們將能夠支援更多的用戶數,Cavium Networks公司基礎架構部門總經理Y.J. Kim表示。

據Kim透露,Cavium公司的網路處理器已被10家主要OEM廠商中的8家用於大型基地台設計中,但這些晶片可以透過整合元件超越下一代設計。此外,Cavium在新的小型蜂巢式市場中也正出樣一種OEM系統。新的Fusion SoC預計將在今年秋天投入生產。

PMC-Sierra公司目前已推出一系列數據封包處理器,廣泛用於大型基地台、小型蜂巢式和回傳系統中。

智慧天線 超級回傳

因應行動業務高密集區域的需求,一些大型基地台OEM廠商找到了一種替代方案──這種方法不是部署更多的小型蜂巢式來處理通話,而是提供具波束成形陣列的天線來擷取更多的訊號。

諾基亞-西門子通訊公司(Nokia Siemens Networks)從摩托羅拉公司(Motorola)收購的技術就是利用這種天線陣列。據說阿爾卡特-朗訊(Alcatel-Lucent )和愛立信(Ericsson)也在開發這種概念。

這種波束成形系統的初始形態早已用於消費性家用路由器中。“我的家中就有一個這樣的路由器,因此當它從空中找到我時,無線設備可對我的方向發送更多的能量。”Broadcom公司Ilyadis表示,“但當你有許多用戶時,就沒那麼有效了,因為你必須覆蓋到整個空間。”

ABI公司的Kaul對此表示質疑,“小型蜂巢式使用智慧天線確實會提高一些效率,但當網路規模擴大並導入Wi-Fi時,系統就會因太複雜而無法處理。”

隨著智慧手機用戶在不同應用程式中快速切換,業務模式的變化在天線端將更難處理。“這種先進技術在展示時尚稱順利,但在實際應用部署時可能很困難,”Kaul補充道。

好消息是這種天線陣列可以使用體積更小、成本更低的功率放大器,因而有助於縮小原已十分擁擠的電子設備空間,TI公司的Flanagan指出,最終,一些廠商可能採用兼具天線陣列和小型蜂巢式的混合解決方案。

不管基地台和天線向哪個方向發展,從3G到LTE的轉變正促使蜂巢式網路的回傳部份從1G向10Gb數據速率發展,PMC-Sierra公司行動與寬頻部門行銷副總裁Robert O'Dell表示。

從全球來看,廠商在回傳基地台通訊到局端時至少使用6種光纖和無線鏈路,Cavium公司的Kim指出。Cavium公司在每個技術領域都與晶片製造商保持著合作夥伴關係,以便順利贏得回傳系統設計業務。

無線技術的選擇範圍十分廣泛,從執行速率低於6GHz的近視距(NLOS)解決方案到毫米波範圍的視距連接。在一些情況下甚至會使用Wi-Fi,因為廠商在擴展網路時追求的主要是低成本。


圖3:諾基亞西門子通訊公司展示主動波束成形天線概念,據稱這是小型蜂巢式的極佳替代技術。


圖2:小型基地台才剛開始部署,其規模就已經相當於大型蜂巢式基地台數量了。





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