下一代基带芯片大战开打 高通 CEVA ARM 三国鼎立

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随着LTE Advanced与LTE Advanced Pro等LTE技术进步,为业界制造了一场骚动——引发一连串让下一代基频设计变得比以往任何一代智慧型手机数据机(modem)晶片更加复杂的新需求。

全 球主要的电信晶片供应商高通(Qualcomm)、DSP核心供应商CEVA以及处理器核心业者ARM,均竞相迎接这一挑战。三家公司均已开发出新的处理 器架构,并抢先在今年的世界行动通讯大会(MWC)之前发布。高通宣布Snapdragon X16、CEVA发表CEVA-X4,ARM则畅谈其新款Cortex-R8。



高通新款数据机晶片在其Hexagon DSP核心中执行密集的LTE协定和语音编解码器(codec),同时还采用ARM Cortex执行Linux作业系统(OS)、IMS和IP堆叠。

挑战何在?

那么,这些新的基频数据机有何不同之处?

与 该技术有关的议题包括:增加载波聚合(CA)、将多重无线存取技术(Multi-RAT)整并于单一数据机、切换不同数据机时的低延迟作业、同步处理双基 地台以及伴随VoLTE高品质语音通话服务而来的复杂度等。根据CEVA,新的基频据机必须能够处理上述所有或更多的问题。

The Linley Group资深分析师Mike Demler呼吁为现有的数据机晶片架构进行“全面体检”,“才能满足LTE Advanced(LTE-A)与LTE-A Pro标准日益严格的性能和功耗限制。”

因此,存在于高通、CEVA和ARM三方之间的竞赛,开始转变成为针对处理器、硬体加速与DSP的全新战场。

供应商们正积极讨论在Layer 1实体(PHY)控制器、Layer 2和layer 3处理之间增加的LTE基频工作负载应该如何进行最佳化处理;以及应该采用先进的DSP核心、强化的处理器核心或是二者兼用的组合?

各据不同势力范围的每一家供应商显然有着不同的想法。

高通发表先进的LTE数据机Snapdragon X16,用于支援LTE-A Pro Category 16高达1 Gbps传输速率的下行链路以及实现Category 13高达150Mbps的上传速度。
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高通最新Snapdragon X16支援高达1 Gbps的下载速度,号称是行动产业首款Gigabit级的LTE数据机
(来源:Qualcomm)

为了不让高通专美于前,CEVA和ARM也发布自家最新设计的核心——分别是CEVA-X4与ARM Cortex-R8,他们表示最新的架构已经准备好迎接LTE-A Pro数据机的挑战了。不过,目前还没有任何一款商用基频晶片采用任一家IP供应商的处理器核心。

因 应LTE-A Pro数据机晶片日益增加的处理需求,两家IP核心供应商显然采取了全然不同的发展重点。例如,CEVA以CEVA-X4更新其L1 PHY控制器。相反地,ARM则透过其最新设计的四核心Cortex-R8,专注于满足针对Layer 2与L3软体处理持续增加的需求。

Demler明确指出,Cortex-R8和CEVA-X4是两种完全不同的核心。CEVA-X4用于PHY层控制,而ARM Cortex-R则否。他强调,“X4和R8可能在一款数据机应用中共存,让X4处理实体层,而Cortex-R则处理更高层级的控制功能。”
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CEVA-X4与ARM Cortex-R8可能共存于下一代数据机晶片中?
(来源:CEVA)

遭遇瓶颈

CEVA行销与企业发展副总裁Eran Briman指出,在详细研究最新先进基频数据机的需求后,“我们发现PHY控制器在下一代基频中的瓶颈。”

藉由为基频应用重新定义处理控制和资料平面的性能和能效,CEVA开发出全新的CEVA-X DSP架构。

CEVA-X4是来自CEVA-X架构的首款授权核心。虽然DSP一直是CEVA的强项,但Demler 认为,CEVA-X4更像是“一款具有DSP功能的控制器。”

CEVA无线业务部业务开发总监Emmanuel Gresset解释,在CEVA-X4中增加的CEVA先进DSP功能结合了控制层处理,以及“协同处理器和硬体加速的支援。”

他认为CEVA-X4是一种“全新的处理器类型,它能在DSP与控制之间实现真正的平衡。”

Gresset 还指出,CEVA-X4的CoreMark/MHz基准达到了4.0。CoreMark是专为嵌入式系统衡量CPU性能的基准。Gresset说,这对于 CEVA来说是非常重要的,因为CEVA-X4目前可说是“与ARM Cortex-R7/R8不相上下。”

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新的CEVA-X4架构充份结合控制器与DSP处理器,瞄准手机、IoT装置以及下一代5G基频数据机等应用
(来源:CEVA)

捍卫L2/L3处理领域

ARM一直是智慧型手机市场中首屈一指的CPU核心供应商。

ARM先进技术行销总监Chris Turner解释,“ARM Cortex-R7目前部署于大量3G/4G智慧型手机数据机中,Cortex-R4和Cortex-R5也用于ARM合作夥伴的数据机产品中。”

藉着Cortex-R8的推出,ARM计划满足对于协议软体处理以及LTE-A Pro与第一代5G日益增加的需求。他并补充说,“我们期望看到新的基频设计提升到采用Cortex-R8。”

值得注意的是,Cortex-R是为硬即时应用而最佳化的,Turner因此称Cortex-R8是“专为5G性能打造的唯一即时处理器。”

不过,奇怪的是,高通显然并未在其新款Snapdragon X16数据机中采用ARM核心,反而改为部署自家的DSP来处理LTE-A Pro的工作负载。

ARM Cortex-R8和R7的最主要区别在于R8支援多达4颗超纯量乱序执行的核心。此外,ARM表示,R8还配备“高达每核心2MB紧密耦合记忆体”的更大容量。

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随着5G的资料传输速率大幅提升,Cortex-R8兼具低延迟、高效能与低功耗的优势,有助于打造支援LTE-A Pro和5G的数据机
(来源:ARM)

针对数据机晶片的其他部份,Turner坦承“实体层是十分复杂的工程,包括类比转换、DSP进行调变与解调、Turbo编码、错误检查与加速加密,以及标头压缩等。”

那么ARM Cortex-R系列核心如何与其连接?Turner说,“的确,有些技术可以从专业的IP供应商授权取得,但他们通常还得进行修改或配置,才能用于一家公司专有的数据机架构。”

他补充说,“我们在这些设计中看到ARM Cortex-R系列处理器出现在软体接触实体层(Layer-1)硬体之处,并根据不同的标准,为管理与排程连接的所有软体提供Layer-2与Layer-3处理。”

此外,他表示,ARM的处理器还可执行Layer-1控制软体,配置与管理连接至Layer-1硬体(包括DSP与本地化控制逻辑)的介面。

是否重叠?

然而,CEVA看这一竞争格局的观点略有不同。Gresset指出,ARM的Cortex-R7或R8在这方面的应用,“缺少了DSP和系统控制。”他解释说,这使得ARM难以扩展Cortex-R在处理PHY控制器的角色。

Gresset还补充说,“相较于CEVA-X4采用VLIW/SIMD核心,ARM的R7/R8由于采用超纯量乱序架构,使得晶片尺寸较大,每核心也消耗更多功耗。”。

因 此,Gresset 强调,CEVA虽然藉由增加更多硬体加速来捍卫其于Layer 1 PHY控制器的地盘,同时也希望创造一个可提升至Layer-2与Layer-3处理的开始,尽管这一向是ARM占主导的领域。他将强大的DSP处理(高 达16GOP)、高效的控制器性能以及先进的系统控制称为“CEVA-X新架构的三大支柱”。

另一方面,ARM则认为,Cortex-R8的关键优势在于其“在4个一致的核心与介面扩展数据机软体”的能力。其目标在于为密集的即时软体工作负载“实现平行化,以及满足LTE-A与LTE-A pro所需的性能与时机”。

 

 

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