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下一代手机基带比武,高通、CEVA、ARM谁更强?

手机基带已经无法满足LTE技术进步所带来痛点,高通、CEVA、ARM三家原厂开打下一代智能手机基带…

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能手机调制解调器(modem)芯片更加复杂的新需求。1Kdesmc

全球主要的电信芯片供货商高通(Qualcomm)、DSP核心供货商CEVA以及处理器核心厂商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移动通讯大会(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。1Kdesmc

高通新款调制解调器芯片在其Hexagon DSP核心中执行密集的LTE协议和语音编译码器(codec),同时还采用ARM Cortex执行Linux操作系统(OS)、IMS和IP堆栈。1Kdesmc

那么,这些新的基频调制解调器有何不同之处?

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)整并于单一调制解调器、切换不同调制解调器时的低延迟作业、同步处理双基地台以及伴随VoLTE高质量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。1Kdesmc

The Linley Group资深分析师Mike Demler呼吁为现有的调制解调器芯片架构进行“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。”1Kdesmc

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、硬件加速与DSP的全新战场。1Kdesmc

供货商们正积极讨论在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优化处理;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?1Kdesmc

各据不同势力范围的每一家供货商显然有着不同的想法。1Kdesmc

高通Snapdragon X16首款Gigabit级LTE基带

高通发表先进的LTE调制解调器Snapdragon X16,用于支持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支持高达1 Gbps的下载速度,号称是移动产业首款Gigabit级的LTE调制解调器(来源:Qualcomm)1Kdesmc

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调制解调器的挑战了。不过,目前还没有任何一款商用基频芯片采用任一家IP供货商的处理器核心。1Kdesmc

因应LTE-A Pro调制解调器芯片日益增加的处理需求,两家IP核心供货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软件处理持续增加的需求。1Kdesmc

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则不是。他强调,“X4和R8可能在一款调制解调器应用中共存,让X4处理物理层,而Cortex-R则处理更高层级的控制功能。”1Kdesmc

20160408-modem-2CEVA-X4与ARM Cortex-R8可能共存于下一代调制解调器芯片中?(来源:CEVA)1Kdesmc

CEVA-X4在DSP与控制之间实现平衡

CEVA营销与企业发展副总裁Eran Briman指出,在详细研究最新先进基频调制解调器的需求后,“我们发现PHY控制器在下一代基频中的瓶颈。”1Kdesmc

藉由为基频应用重新定义处理控制和数据平面的性能和能效,CEVA开发出全新的CEVA-X DSP架构。1Kdesmc

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。”1Kdesmc

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“协同处理器和硬件加速的支持。”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。”1Kdesmc

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。”1Kdesmc

20160408-modem-3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基频调制解调器等应用(来源:CEVA)1Kdesmc

ARM Cortex-R8捍卫L2/L3处理领域

ARM一直是智能手机市场中首屈一指的CPU核心供货商。1Kdesmc

ARM先进技术营销总监Chris Turner解释,“ARM Cortex-R7目前部署于大量3G/4G智能手机调制解调器中,Cortex-R4和Cortex-R5也用于ARM合作伙伴的调制解调器产品中。”1Kdesmc

借着Cortex-R8的推出,ARM计划满足对于协议软件处理以及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。”1Kdesmc

值得注意的是,Cortex-R是为硬实时应用而优化的,Turner因此称Cortex-R8是“专为5G性能打造的唯一实时处理器。”1Kdesmc

不过,奇怪的是,高通显然并未在其新款Snapdragon X16调制解调器中采用ARM核心,反而改为部署自家的DSP来处理LTE-A Pro的工作负载。1Kdesmc

ARM Cortex-R8和R7的最主要区别在于R8支持多达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紧密耦合内存”的更大容量。1Kdesmc

20160408-modem-4随着5G的数据传输速率大幅提升,Cortex-R8兼具低延迟、高效能与低功耗的优势,有助于打造支持LTE-A Pro和5G的调制解调器(来源:ARM)1Kdesmc

针对调制解调器芯片的其他部份,Turner坦承“物理层是十分复杂的工程,包括模拟转换、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。”1Kdesmc

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供货商授权取得,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调制解调器架构。”1Kdesmc

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件接触物理层(Layer-1)硬件之处,并根据不同的标准,为管理与排程连接的所有软件提供Layer-2与Layer-3处理。”1Kdesmc

此外,他表示,ARM的处理器还可执行Layer-1控制软件,配置与管理连接至Layer-1硬件(包括DSP与本地化控制逻辑)的接口。1Kdesmc

谁更强?

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。1Kdesmc

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,使得芯片尺寸较大,每核心也消耗更多功耗。”1Kdesmc

因此,Gresset 强调,CEVA虽然藉由增加更多硬件加速来捍卫其于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”。1Kdesmc

另一方面,ARM则认为,Cortex-R8的关键优势在于其“在4个一致的核心与接口扩展调制解调器软件”的能力。其目标在于为密集的实时软件工作负载“实现平行化,以及满足LTE-A与LTE-A pro所需的性能与时机”。1Kdesmc

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Junko Yoshida
ASPENCORE全球联席总编辑,首席国际特派记者。曾任把口记者(beat reporter)和EE Times主编的Junko Yoshida现在把更多时间用来报道全球电子行业,尤其关注中国。 她的关注重点一直是新兴技术和商业模式,新一代消费电子产品往往诞生于此。 她现在正在增加对中国半导体制造商的报道,撰写关于晶圆厂和无晶圆厂制造商的规划。 此外,她还为EE Times的Designlines栏目提供汽车、物联网和无线/网络服务相关内容。 自1990年以来,她一直在为EE Times提供内容。
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