創新通信處理器推動高性能移動網絡“夢想照進現實”

本刊記者 | 魯義軒

在基站中，通信處理器正在從單領域向多領域或多模無線電方向發展，并應對密集處理任務帶來的多重挑戰。

在移動互聯網全面到來的時代，你是否有過這樣的體驗：想用手機觀看一段在線視頻的時候常常為那不斷出現的黑屏緩沖而抓狂？抑或為了下載一部電影要等待超過數小時的時間？事實上，這對現有通信基礎設施帶來很大的壓力和負擔，移動運營商也正在為數據流量的激增而煩惱。據悉，思科和愛立信都預測移動流量將呈爆炸性增長，到2015年全球每月的流量將達到81exabytes，這相當于200億張DVD的容量。

基于此，有分析機構預測未來四年，全球僅在無線接入網基站方面的支出預計就將達到1970億美元。部署和維護基礎設施的挑戰使資本支出和運營開支不斷增加，這會降低運營商的投資回報率，而移動流量的激增并沒有讓運營商的收入隨著線性增長。

從通信基礎架構的角度，LSI亞太區總經理張衛為上述問題提出了頗有參考價值的建議。

網絡升級帶來的通信處理器新需求

《通信世界周刊》：

隨著運營商大規模部署回傳網絡以支持更高速的LTE/4G服務，無線回傳市場的增長速度很快。包括通信處理器在內的移動網絡基礎架構如何應對這一趨勢，并確保高性能網絡的平滑演進？

張衛：

通信處理器為設備帶來的可擴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域向多領域或多模無線電方向發展，并需要支持E-UTRAN中Gbit/s數量級大流量數據的線速調度和路由轉發。其次，還要支持傳統TDM/ATM網絡向全IP的演進路線，并應實現同3G和2G網絡的互操作性。再者，用以支持無線電和網絡資源高效使用的可配置性也是創新的重要因素。使用模式會隨地點和時間而變化，處理器應做出適應性變化，以支持不同的速度和用戶數量要求，以及在單領域向多領域應用擴展時滿足用戶面和控制面的要求。

特別值得一提的是，新型處理器架構不僅必須提供統一的軟件支持，同時還要具備高級別的通信安全性，必須提供端到端的安全性和數據隱私保護，避免用戶遭到越來越多的垃圾郵件、惡意軟件、DoS和病毒攻擊。此外，深度數據包檢測（DPI）也非常重要，要讓內置智能檢查通過無線網絡的所有數據，幫助運營商了解IP網絡情況并對其實現高效管理。這也有助于解決可用性、延遲和質量問題，且有助于網絡覆蓋和安全性問題的有效解決。

LSI的非對稱該解決方案集成了可編程可擴展元件，可以幫助通信設備制造商在增長潛力巨大的市場中不斷攻城略地，獲得更多市場份額。

性能與成本的平衡

《通信世界周刊》：

從處理器角度看，運營商如何確保回傳傳輸性能的同時，保證基礎架構成本的優化以及原有投資的保護呢？

張衛：

為了保證移動網絡服務質量和用戶體驗，以太網在移動回傳中的應用逐步被運營商所接受。與傳統TDM網絡相比，以太網能使運營商每年節省75%的運營費用。隨著移動寬帶的推廣以及以太網和 IP回傳技術轉型的推進，系統時序正成為多路復用、交換和傳輸設備的關鍵組成部分。LSI現有和即將推出的通信處理器均支持同步以太網，這對全 IP/以太網網絡中部署的基站和其它網元設備的高精度頻率同步至關重要。

當然，為了保護現有投資，傳輸網絡向運營級以太網的遷移并非一蹴而就，在相當長的過程中現有2G、3G的TDM/ATM回程網還將繼續存在，因此單芯片上集成了傳統T1/E1/ATM和以太網接口的入門級通信處理器方案非常適用于支持多種傳輸協議的移動回程設備。

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

應對密集型處理任務的挑戰

《通信世界周刊》：

數據業務的激增，產生了大量的計算密集型的處理任務，這對芯片處理能力是否也提出了更高的要求？

張衛：

是的，用戶對數據業務的帶寬期望較高，同時平均用戶收入 (ARPU) 下降，使得移動運營商希望處理器芯片解決方案要實現具備成本效益的確定性性能，具備出色的擴展能力，以便在有效控制成本的同時應對不斷上升的帶寬需求，并確保不影響服務質量。

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

傳統（即對稱式）多核解決方案與非對稱多核解決方案都將通用多核處理器與硬件加速器結合在一起使用，其不同之處在于通用處理器和專用處理器所占的比例以及這些資源的使用方法。對稱多核解決方案采用大量相同的通用處理器內核，其中任何處理器都能運行任何類型的線程，而少量專用硬件加速器引擎則在通用處理器控制之下運行。在非對稱架構中，通用處理器的數量相對較少，并與一系列專門運行計算強度較高、對時延敏感性強的特定任務的專用加速器引擎結合使用。此外，上述專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運行，執行包括安全加密、流量管理和DPI等在內的任務。這種方案不僅可大幅降低功耗，同時還能提高效率，因為所有必需的功能模塊都能在同一SoC中獲得。

非對稱處理器的優勢在于，它能將特定任務委托給負責特定功能的專用硬件加速器，同時能將通用內核解放出來用以處理更加復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絡實現確定性的性能。LSI的Axxia通信處理器即為非對稱架構的一種卓越實現樣例，適用于具有更高性能和更低功耗要求的新一代移動與企業網絡。Axxia通信處理器由高性能多核PowerPC處理器聯合體和一組特定功能的硬件加速器（如智能分組包數據處理、流量管理、IPSec處理和DPI等經過硅驗證的IP模塊）組成，這些硬件加速器能夠在不對多核聯合體造成不必要負擔的情況下，將恰當的計算資源投入到恰當的數據包上，提供快速路徑處理能力。