如何為多種無線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可編程基帶設(shè)備

使用本文所述的SIMT架構(gòu)的面向移動(dòng)WiMAX和 DVB-T/H所開發(fā)的處理器已經(jīng)在一個(gè)完整的接收器上得到了實(shí)現(xiàn)。結(jié)果是 - 相比于尖端的硬件方案，用于運(yùn)行31.67Mb/s的DVB-T業(yè)務(wù)的基于SIMT的處理器估計(jì)少了18%的硅片面積和21%的功耗，當(dāng)與可編程方案比較，典型的差異在尺寸的50%和70%之間。

通過算法映射，調(diào)度算法，以及在實(shí)際硬件上進(jìn)行的模擬和測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)WiMAX的支持。與其他可稱得算是尖端的解決方案相比較，基于SIMT架構(gòu)的方案被證明具有更高效的面積和功率利用率。

除了借助于現(xiàn)代合成技術(shù)和后端工具的低功率物理材料設(shè)計(jì)工藝之外，低功耗是通過結(jié)構(gòu)級(jí)的設(shè)計(jì)而不是通過使用特殊的低功耗工藝(器件)獲得的。

通過使用向量指令和分散的內(nèi)存系統(tǒng)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)和控制的局部性，因此SIMT架構(gòu)減少了控制的開銷。內(nèi)存訪問功耗由于僅使用小型單端口存儲(chǔ)器和減少了內(nèi)存訪問量而減少。

不采用任何優(yōu)化和現(xiàn)代功率控制技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中，完全可編程的DVB-T/H 基帶處理器原型機(jī)被實(shí)現(xiàn)在11平方毫米，0.12微米的CMOS芯片上，它包括1.5M比特的單端口內(nèi)存和200k邏輯門電路。

DVB-T/H基帶原型機(jī)當(dāng)承載最大數(shù)據(jù)流，31.67Mb/s時(shí)所測(cè)出的功耗為70毫瓦，運(yùn)行頻率為70MHz。在原型機(jī)上所作的工作說明本架構(gòu)在尺寸和功耗上都強(qiáng)于以往的非可編程DVB-T/H解決方案，甚至可以忽略相當(dāng)程度的在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上所做的優(yōu)化。

SIMT付諸實(shí)現(xiàn)

SIMT描述的架構(gòu)和圖示過去一直是實(shí)驗(yàn)室工作的一部分。現(xiàn)在可用于完全硬件的方案中，這些方案被用于無線半導(dǎo)體制造業(yè)中，使用Coresonic公司的LeoCore工藝把完整的WiMAX基帶功能整合到WiMAX個(gè)人可攜式設(shè)備中(見圖2)。

圖2：Coresonic公司所提供完整解決方案的WiMAX個(gè)人便攜式設(shè)備，

從RF接口直到CPU中運(yùn)行的MAC層接口。

此設(shè)備支持移動(dòng)WiMAX802.16e-2005，移動(dòng)系統(tǒng)概要1.4版, 此版本也支持其他的模式，如802.16d和802.16j. 設(shè)備執(zhí)行所有從ADC/DAC接口到FEC的工作，包括數(shù)字前端信號(hào)調(diào)節(jié)，同步，MIMO信道估計(jì)/補(bǔ)償，糾錯(cuò)和卷積碼。

圖中所有的構(gòu)建方塊實(shí)現(xiàn)了從RF接口至CPU上運(yùn)行的MAC層完整的解決方案；這個(gè)密集處理陣列由硬件完成用以把MAC CPU的負(fù)荷減到最小。除了硬件之外，也提供了固件來支持多種不同的標(biāo)準(zhǔn)，更進(jìn)一步減少了開發(fā)的時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)論

綜合地說，本文所述新的SIMT架構(gòu)為整合出高效的復(fù)合基帶處理器提供了一個(gè)方法。作為這個(gè)方法的一個(gè)部分，有著大量核心構(gòu)建塊，圍繞它們補(bǔ)充有額外的加速器，接口和存儲(chǔ)塊來構(gòu)建所需要的方案。

本架構(gòu)克服了數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)流和易編程性的挑戰(zhàn)，展示了一個(gè)極精煉的4G基帶解決方案。其效果可使一個(gè)完整的解決方案尺寸達(dá)到其它方案中高速指令緩存器一樣小，且只需很低的時(shí)鐘速率，但提供了更高的功率效率。

通過使用這樣一種經(jīng)過特別優(yōu)化的用于多模無線基帶處理的架構(gòu)，可編程解決方案將能支持4G等多種無線標(biāo)準(zhǔn)，如WiMAX，而功率和空間利用率相當(dāng)于或優(yōu)于硬件解決方案。

基于SIMT架構(gòu)的處理器可以單指令流并行處理 - 消除了為支持多標(biāo)準(zhǔn)而產(chǎn)生的對(duì)多個(gè)DSP的需要 - 且能與設(shè)計(jì)者自己獨(dú)有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)合在一起來提供一個(gè)高附加值的組件。

作者介紹

Dake Liu 教授，16年大學(xué)中研究和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，另有6年瑞典業(yè)界的研發(fā)經(jīng)歷。曾為Freeh DSP AB 的CTO和合作創(chuàng)始人，后又為VIA Technologies Sweden的首席科學(xué)家。先前曾為Ericsson Microelectronics和 Ericsson UAB的資深成員。他也是Linkping 大學(xué)的計(jì)算機(jī)工程學(xué)教授。

Coresonic AB的主要系統(tǒng)工程師和共同創(chuàng)始人。他曾在瑞典Linkping 大學(xué)學(xué)習(xí)并獲得應(yīng)用物理和電子工程碩士學(xué)位，和‘多標(biāo)準(zhǔn)基帶處理器設(shè)計(jì) i方面的博士學(xué)位。他的研究方向包括高速無線移動(dòng)連接，無線電工藝和基帶處理其設(shè)計(jì)；他有3個(gè)美國(guó)專利(2個(gè)正處在申請(qǐng)中)，同時(shí)是 iRadio Design in Nanometer Technologies i 和 iHbook of WiMAX i的聯(lián)合作者