如何為多種無線標準設計可編程基帶設備

使用本文所述的SIMT架構的面向移動WiMAX和 DVB-T/H所開發的處理器已經在一個完整的接收器上得到了實現。結果是 - 相比于尖端的硬件方案，用于運行31.67Mb/s的DVB-T業務的基于SIMT的處理器估計少了18%的硅片面積和21%的功耗，當與可編程方案比較，典型的差異在尺寸的50%和70%之間。

通過算法映射，調度算法，以及在實際硬件上進行的模擬和測試，可以實現對WiMAX的支持。與其他可稱得算是尖端的解決方案相比較，基于SIMT架構的方案被證明具有更高效的面積和功率利用率。

除了借助于現代合成技術和后端工具的低功率物理材料設計工藝之外，低功耗是通過結構級的設計而不是通過使用特殊的低功耗工藝(器件)獲得的。

通過使用向量指令和分散的內存系統，增強了數據和控制的局部性，因此SIMT架構減少了控制的開銷。內存訪問功耗由于僅使用小型單端口存儲器和減少了內存訪問量而減少。

不采用任何優化和現代功率控制技術，在實驗室中，完全可編程的DVB-T/H 基帶處理器原型機被實現在11平方毫米，0.12微米的CMOS芯片上，它包括1.5M比特的單端口內存和200k邏輯門電路。

DVB-T/H基帶原型機當承載最大數據流，31.67Mb/s時所測出的功耗為70毫瓦，運行頻率為70MHz。在原型機上所作的工作說明本架構在尺寸和功耗上都強于以往的非可編程DVB-T/H解決方案，甚至可以忽略相當程度的在結構設計上所做的優化。

SIMT付諸實現

SIMT描述的架構和圖示過去一直是實驗室工作的一部分。現在可用于完全硬件的方案中，這些方案被用于無線半導體制造業中，使用Coresonic公司的LeoCore工藝把完整的WiMAX基帶功能整合到WiMAX個人可攜式設備中(見圖2)。

圖2：Coresonic公司所提供完整解決方案的WiMAX個人便攜式設備，

從RF接口直到CPU中運行的MAC層接口。

此設備支持移動WiMAX802.16e-2005，移動系統概要1.4版, 此版本也支持其他的模式，如802.16d和802.16j. 設備執行所有從ADC/DAC接口到FEC的工作，包括數字前端信號調節，同步，MIMO信道估計/補償，糾錯和卷積碼。

圖中所有的構建方塊實現了從RF接口至CPU上運行的MAC層完整的解決方案；這個密集處理陣列由硬件完成用以把MAC CPU的負荷減到最小。除了硬件之外，也提供了固件來支持多種不同的標準，更進一步減少了開發的時間和風險。

結論

綜合地說，本文所述新的SIMT架構為整合出高效的復合基帶處理器提供了一個方法。作為這個方法的一個部分，有著大量核心構建塊，圍繞它們補充有額外的加速器，接口和存儲塊來構建所需要的方案。

本架構克服了數據處理，數據流和易編程性的挑戰，展示了一個極精煉的4G基帶解決方案。其效果可使一個完整的解決方案尺寸達到其它方案中高速指令緩存器一樣小，且只需很低的時鐘速率，但提供了更高的功率效率。

通過使用這樣一種經過特別優化的用于多模無線基帶處理的架構，可編程解決方案將能支持4G等多種無線標準，如WiMAX，而功率和空間利用率相當于或優于硬件解決方案。

基于SIMT架構的處理器可以單指令流并行處理 - 消除了為支持多標準而產生的對多個DSP的需要 - 且能與設計者自己獨有的產品設計結合在一起來提供一個高附加值的組件。

作者介紹

Dake Liu 教授，16年大學中研究和教學經驗，另有6年瑞典業界的研發經歷。曾為Freeh DSP AB 的CTO和合作創始人，后又為VIA Technologies Sweden的首席科學家。先前曾為Ericsson Microelectronics和 Ericsson UAB的資深成員。他也是Linkping 大學的計算機工程學教授。

Coresonic AB的主要系統工程師和共同創始人。他曾在瑞典Linkping 大學學習并獲得應用物理和電子工程碩士學位，和‘多標準基帶處理器設計 i方面的博士學位。他的研究方向包括高速無線移動連接，無線電工藝和基帶處理其設計；他有3個美國專利(2個正處在申請中)，同時是 iRadio Design in Nanometer Technologies i 和 iHbook of WiMAX i的聯合作者