創(chuàng)新通信處理器推動(dòng)高性能移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)“夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”

本刊記者 | 魯義軒

在基站中，通信處理器正在從單領(lǐng)域向多領(lǐng)域或多模無(wú)線(xiàn)電方向發(fā)展，并應(yīng)對(duì)密集處理任務(wù)帶來(lái)的多重挑戰(zhàn)。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全面到來(lái)的時(shí)代，你是否有過(guò)這樣的體驗(yàn)：想用手機(jī)觀(guān)看一段在線(xiàn)視頻的時(shí)候常常為那不斷出現(xiàn)的黑屏緩沖而抓狂？抑或?yàn)榱讼螺d一部電影要等待超過(guò)數(shù)小時(shí)的時(shí)間？事實(shí)上，這對(duì)現(xiàn)有通信基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)很大的壓力和負(fù)擔(dān)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商也正在為數(shù)據(jù)流量的激增而煩惱。據(jù)悉，思科和愛(ài)立信都預(yù)測(cè)移動(dòng)流量將呈爆炸性增長(zhǎng)，到2015年全球每月的流量將達(dá)到81exabytes，這相當(dāng)于200億張DVD的容量。

基于此，有分析機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)未來(lái)四年，全球僅在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)基站方面的支出預(yù)計(jì)就將達(dá)到1970億美元。部署和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的挑戰(zhàn)使資本支出和運(yùn)營(yíng)開(kāi)支不斷增加，這會(huì)降低運(yùn)營(yíng)商的投資回報(bào)率，而移動(dòng)流量的激增并沒(méi)有讓運(yùn)營(yíng)商的收入隨著線(xiàn)性增長(zhǎng)。

從通信基礎(chǔ)架構(gòu)的角度，LSI亞太區(qū)總經(jīng)理張衛(wèi)為上述問(wèn)題提出了頗有參考價(jià)值的建議。

網(wǎng)絡(luò)升級(jí)帶來(lái)的通信處理器新需求

《通信世界周刊》：

隨著運(yùn)營(yíng)商大規(guī)模部署回傳網(wǎng)絡(luò)以支持更高速的LTE/4G服務(wù)，無(wú)線(xiàn)回傳市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度很快。包括通信處理器在內(nèi)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)如何應(yīng)對(duì)這一趨勢(shì)，并確保高性能網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)？

張衛(wèi)：

通信處理器為設(shè)備帶來(lái)的可擴(kuò)展性和靈活性非常重要。在基站中，通信處理器解決方案正在從單領(lǐng)域向多領(lǐng)域或多模無(wú)線(xiàn)電方向發(fā)展，并需要支持E-UTRAN中Gbit/s數(shù)量級(jí)大流量數(shù)據(jù)的線(xiàn)速調(diào)度和路由轉(zhuǎn)發(fā)。其次，還要支持傳統(tǒng)TDM/ATM網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P的演進(jìn)路線(xiàn)，并應(yīng)實(shí)現(xiàn)同3G和2G網(wǎng)絡(luò)的互操作性。再者，用以支持無(wú)線(xiàn)電和網(wǎng)絡(luò)資源高效使用的可配置性也是創(chuàng)新的重要因素。使用模式會(huì)隨地點(diǎn)和時(shí)間而變化，處理器應(yīng)做出適應(yīng)性變化，以支持不同的速度和用戶(hù)數(shù)量要求，以及在單領(lǐng)域向多領(lǐng)域應(yīng)用擴(kuò)展時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)面和控制面的要求。

特別值得一提的是，新型處理器架構(gòu)不僅必須提供統(tǒng)一的軟件支持，同時(shí)還要具備高級(jí)別的通信安全性，必須提供端到端的安全性和數(shù)據(jù)隱私保護(hù)，避免用戶(hù)遭到越來(lái)越多的垃圾郵件、惡意軟件、DoS和病毒攻擊。此外，深度數(shù)據(jù)包檢測(cè)（DPI）也非常重要，要讓內(nèi)置智能檢查通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的所有數(shù)據(jù)，幫助運(yùn)營(yíng)商了解IP網(wǎng)絡(luò)情況并對(duì)其實(shí)現(xiàn)高效管理。這也有助于解決可用性、延遲和質(zhì)量問(wèn)題，且有助于網(wǎng)絡(luò)覆蓋和安全性問(wèn)題的有效解決。

LSI的非對(duì)稱(chēng)該解決方案集成了可編程可擴(kuò)展元件，可以幫助通信設(shè)備制造商在增長(zhǎng)潛力巨大的市場(chǎng)中不斷攻城略地，獲得更多市場(chǎng)份額。

性能與成本的平衡

《通信世界周刊》：

從處理器角度看，運(yùn)營(yíng)商如何確保回傳傳輸性能的同時(shí)，保證基礎(chǔ)架構(gòu)成本的優(yōu)化以及原有投資的保護(hù)呢？

張衛(wèi)：

為了保證移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和用戶(hù)體驗(yàn)，以太網(wǎng)在移動(dòng)回傳中的應(yīng)用逐步被運(yùn)營(yíng)商所接受。與傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)能使運(yùn)營(yíng)商每年節(jié)省75%的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。隨著移動(dòng)寬帶的推廣以及以太網(wǎng)和 IP回傳技術(shù)轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，系統(tǒng)時(shí)序正成為多路復(fù)用、交換和傳輸設(shè)備的關(guān)鍵組成部分。LSI現(xiàn)有和即將推出的通信處理器均支持同步以太網(wǎng)，這對(duì)全 IP/以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中部署的基站和其它網(wǎng)元設(shè)備的高精度頻率同步至關(guān)重要。

當(dāng)然，為了保護(hù)現(xiàn)有投資，傳輸網(wǎng)絡(luò)向運(yùn)營(yíng)級(jí)以太網(wǎng)的遷移并非一蹴而就，在相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程中現(xiàn)有2G、3G的TDM/ATM回程網(wǎng)還將繼續(xù)存在，因此單芯片上集成了傳統(tǒng)T1/E1/ATM和以太網(wǎng)接口的入門(mén)級(jí)通信處理器方案非常適用于支持多種傳輸協(xié)議的移動(dòng)回程設(shè)備。

移動(dòng)回程要想確保更好的用戶(hù)體驗(yàn)，還要具備更完善的功能，如三層路由、L1/L2/L3的OAM等。

應(yīng)對(duì)密集型處理任務(wù)的挑戰(zhàn)

《通信世界周刊》：

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的激增，產(chǎn)生了大量的計(jì)算密集型的處理任務(wù)，這對(duì)芯片處理能力是否也提出了更高的要求？

張衛(wèi)：

是的，用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬期望較高，同時(shí)平均用戶(hù)收入 (ARPU) 下降，使得移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商希望處理器芯片解決方案要實(shí)現(xiàn)具備成本效益的確定性性能，具備出色的擴(kuò)展能力，以便在有效控制成本的同時(shí)應(yīng)對(duì)不斷上升的帶寬需求，并確保不影響服務(wù)質(zhì)量。

將靈活的處理器核心與一套硬件加速引擎完美相結(jié)合的非對(duì)稱(chēng)多核 SoC，非常適用于這種要求。

傳統(tǒng)（即對(duì)稱(chēng)式）多核解決方案與非對(duì)稱(chēng)多核解決方案都將通用多核處理器與硬件加速器結(jié)合在一起使用，其不同之處在于通用處理器和專(zhuān)用處理器所占的比例以及這些資源的使用方法。對(duì)稱(chēng)多核解決方案采用大量相同的通用處理器內(nèi)核，其中任何處理器都能運(yùn)行任何類(lèi)型的線(xiàn)程，而少量專(zhuān)用硬件加速器引擎則在通用處理器控制之下運(yùn)行。在非對(duì)稱(chēng)架構(gòu)中，通用處理器的數(shù)量相對(duì)較少，并與一系列專(zhuān)門(mén)運(yùn)行計(jì)算強(qiáng)度較高、對(duì)時(shí)延敏感性強(qiáng)的特定任務(wù)的專(zhuān)用加速器引擎結(jié)合使用。此外，上述專(zhuān)用引擎還能夠在不占用通用處理器任何管理資源的情況下自動(dòng)運(yùn)行，執(zhí)行包括安全加密、流量管理和DPI等在內(nèi)的任務(wù)。這種方案不僅可大幅降低功耗，同時(shí)還能提高效率，因?yàn)樗斜匦璧墓δ苣K都能在同一SoC中獲得。

非對(duì)稱(chēng)處理器的優(yōu)勢(shì)在于，它能將特定任務(wù)委托給負(fù)責(zé)特定功能的專(zhuān)用硬件加速器，同時(shí)能將通用內(nèi)核解放出來(lái)用以處理更加復(fù)雜或非特定性的工作。

處理器上的硬件加速器能夠在不同的流量情況下確保網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)確定性的性能。LSI的Axxia通信處理器即為非對(duì)稱(chēng)架構(gòu)的一種卓越實(shí)現(xiàn)樣例，適用于具有更高性能和更低功耗要求的新一代移動(dòng)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。Axxia通信處理器由高性能多核PowerPC處理器聯(lián)合體和一組特定功能的硬件加速器（如智能分組包數(shù)據(jù)處理、流量管理、IPSec處理和DPI等經(jīng)過(guò)硅驗(yàn)證的IP模塊）組成，這些硬件加速器能夠在不對(duì)多核聯(lián)合體造成不必要負(fù)擔(dān)的情況下，將恰當(dāng)?shù)挠?jì)算資源投入到恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)包上，提供快速路徑處理能力。