创新通信处理器推动高性能移动网络“梦想照进现实”

本刊记者 | 鲁义轩

在基站中，通信处理器正在从单领域向多领域或多模无线电方向发展，并应对密集处理任务带来的多重挑战。

在移动互联网全面到来的时代，你是否有过这样的体验：想用手机观看一段在线视频的时候常常为那不断出现的黑屏缓冲而抓狂？抑或为了下载一部电影要等待超过数小时的时间？事实上，这对现有通信基础设施带来很大的压力和负担，移动运营商也正在为数据流量的激增而烦恼。据悉，思科和爱立信都预测移动流量将呈爆炸性增长，到2015年全球每月的流量将达到81exabytes，这相当于200亿张DVD的容量。

基于此，有分析机构预测未来四年，全球仅在无线接入网基站方面的支出预计就将达到1970亿美元。部署和维护基础设施的挑战使资本支出和运营开支不断增加，这会降低运营商的投资回报率，而移动流量的激增并没有让运营商的收入随着线性增长。

从通信基础架构的角度，LSI亚太区总经理张卫为上述问题提出了颇有参考价值的建议。

网络升级带来的通信处理器新需求

《通信世界周刊》：

随着运营商大规模部署回传网络以支持更高速的LTE/4G服务，无线回传市场的增长速度很快。包括通信处理器在内的移动网络基础架构如何应对这一趋势，并确保高性能网络的平滑演进？

张卫：

通信处理器为设备带来的可扩展性和灵活性非常重要。在基站中，通信处理器解决方案正在从单领域向多领域或多模无线电方向发展，并需要支持E-UTRAN中Gbit/s数量级大流量数据的线速调度和路由转发。其次，还要支持传统TDM/ATM网络向全IP的演进路线，并应实现同3G和2G网络的互操作性。再者，用以支持无线电和网络资源高效使用的可配置性也是创新的重要因素。使用模式会随地点和时间而变化，处理器应做出适应性变化，以支持不同的速度和用户数量要求，以及在单领域向多领域应用扩展时满足用户面和控制面的要求。

特别值得一提的是，新型处理器架构不仅必须提供统一的软件支持，同时还要具备高级别的通信安全性，必须提供端到端的安全性和数据隐私保护，避免用户遭到越来越多的垃圾邮件、恶意软件、DoS和病毒攻击。此外，深度数据包检测（DPI）也非常重要，要让内置智能检查通过无线网络的所有数据，帮助运营商了解IP网络情况并对其实现高效管理。这也有助于解决可用性、延迟和质量问题，且有助于网络覆盖和安全性问题的有效解决。

LSI的非对称该解决方案集成了可编程可扩展元件，可以帮助通信设备制造商在增长潜力巨大的市场中不断攻城略地，获得更多市场份额。

性能与成本的平衡

《通信世界周刊》：

从处理器角度看，运营商如何确保回传传输性能的同时，保证基础架构成本的优化以及原有投资的保护呢？

张卫：

为了保证移动网络服务质量和用户体验，以太网在移动回传中的应用逐步被运营商所接受。与传统TDM网络相比，以太网能使运营商每年节省75%的运营费用。随着移动宽带的推广以及以太网和 IP回传技术转型的推进，系统时序正成为多路复用、交换和传输设备的关键组成部分。LSI现有和即将推出的通信处理器均支持同步以太网，这对全 IP/以太网网络中部署的基站和其它网元设备的高精度频率同步至关重要。

当然，为了保护现有投资，传输网络向运营级以太网的迁移并非一蹴而就，在相当长的过程中现有2G、3G的TDM/ATM回程网还将继续存在，因此单芯片上集成了传统T1/E1/ATM和以太网接口的入门级通信处理器方案非常适用于支持多种传输协议的移动回程设备。

移动回程要想确保更好的用户体验，还要具备更完善的功能，如三层路由、L1/L2/L3的OAM等。

应对密集型处理任务的挑战

《通信世界周刊》：

数据业务的激增，产生了大量的计算密集型的处理任务，这对芯片处理能力是否也提出了更高的要求？

张卫：

是的，用户对数据业务的带宽期望较高，同时平均用户收入 (ARPU) 下降，使得移动运营商希望处理器芯片解决方案要实现具备成本效益的确定性性能，具备出色的扩展能力，以便在有效控制成本的同时应对不断上升的带宽需求，并确保不影响服务质量。

将灵活的处理器核心与一套硬件加速引擎完美相结合的非对称多核 SoC，非常适用于这种要求。

传统（即对称式）多核解决方案与非对称多核解决方案都将通用多核处理器与硬件加速器结合在一起使用，其不同之处在于通用处理器和专用处理器所占的比例以及这些资源的使用方法。对称多核解决方案采用大量相同的通用处理器内核，其中任何处理器都能运行任何类型的线程，而少量专用硬件加速器引擎则在通用处理器控制之下运行。在非对称架构中，通用处理器的数量相对较少，并与一系列专门运行计算强度较高、对时延敏感性强的特定任务的专用加速器引擎结合使用。此外，上述专用引擎还能够在不占用通用处理器任何管理资源的情况下自动运行，执行包括安全加密、流量管理和DPI等在内的任务。这种方案不仅可大幅降低功耗，同时还能提高效率，因为所有必需的功能模块都能在同一SoC中获得。

非对称处理器的优势在于，它能将特定任务委托给负责特定功能的专用硬件加速器，同时能将通用内核解放出来用以处理更加复杂或非特定性的工作。

处理器上的硬件加速器能够在不同的流量情况下确保网络实现确定性的性能。LSI的Axxia通信处理器即为非对称架构的一种卓越实现样例，适用于具有更高性能和更低功耗要求的新一代移动与企业网络。Axxia通信处理器由高性能多核PowerPC处理器联合体和一组特定功能的硬件加速器（如智能分组包数据处理、流量管理、IPSec处理和DPI等经过硅验证的IP模块）组成，这些硬件加速器能够在不对多核联合体造成不必要负担的情况下，将恰当的计算资源投入到恰当的数据包上，提供快速路径处理能力。