ZSP G4 DSP架构能否为无线通信提供最佳PPA设计？

　　现在的高端智能手机需要同时支持GSM/GPRS/EDGE、TD-SCDMA、WCDMA/HSPA+、TDD-LTE、FDD-LTE五种通信模式。为了得到更好的性能，智能手机普遍采用多核设计。要将四模四核（GSM可单独列出）集成到同一颗处理器上带来了很大挑战，终端系统开发者也正在寻求性能和功耗的最优平衡。
　　为了帮助移动通信SoC供应商在最短的时间内打造出最佳的解决方案，芯原公司前不久推出了第四代ZSP架构（ZSP G4）和ZSP G4家族的第一个成员ZSP981数字信号处理器（DSP）核。在该公司新品发布会上，芯原公司技术市场及应用工程高级总监汪洋告诉记者，除了与上一代架构兼容，ZSP G4架构还引入了矢量计算能力，并提供了更高带宽的接口和更多的执行资源（图1、2）。
　　
　　图1：芯原公司技术市场及应用工程高级总监汪洋。
　　
　　图2：ZSP981内核架构。
　　相较于第三代ZSP核，与无线通信技术专家合力开发的ZSP981在满足移动设备所需的低功耗的同时，将性能提升了17倍。ZSP981为通信基带开发者提供了优秀的可编程信号处理能力以支持含LTE-A、802.11ac等在内的新兴无线通信技术。
　　汪洋指出，在设计处理器时，最有难度的两个模式是LTE/LTE-A和WCDMA/HSPA+的演进，包括其对多载波聚合及矢量处理的要求。在多模方案中，如果将二者处理好的话，其他的模式就可以“通吃”。因此，在设计处理器内核时，若针对最难设计的地方和最坏的情况突破，那么对客户来说，在设计上就易如反掌了！
　　ZSP G4架构下的IP核组合涵盖从4发射、4-MAC标量核到6发射、260-MAC矢量核的宽泛范围，不同核之间的主要区别在于性能、功耗和所占硅片面积的大小（PPA）。ZSP G4为不断演进的目标应用提供了所必需的灵活性和可扩展性。用户可轻松地从ZSP G4系列中挑选出一款最能满足其目标平台对PPA和灵活性需求的DSP核。此外，用户还可以通过增强后的Z.Turbo接口来定制化指令以运行其特定的硬件。ZSP G4系列内核完美适用于多模移动终端、家庭基站、智能电网、M2M以及移动基础设施等（图3）。
　　
　　图3：可扩展的基于ZSP的4G多模基带处理平台。
　　他介绍，作为ZSP G4系列的第一款产品，ZSP981是一个完全可综合的、具备6发射超标量体系架构的DSP核。在1.2GHz频率下，单个ZSP981每秒钟可以运行820亿个乘累加运算。基于面向可共享存储单元的宽位、高速接口和面向硬件加速器的增强Z.Turbo协处理器端口，ZSP981可以使系统设计人员的系统设计实现软件和硬件的完美平衡。ZSP981的子系统还包括一个功耗管理模块、一个多核通讯模块，以及一个多通道直接内存访问（DMA）模块，可极大地简化系统级集成与开发。
　　汪洋强调，如果采用纯硬件的方法，需要以最坏的信道环境和最好的吞吐量来设计芯片。但在实际应用时，信道质量可能较好，那么设计的功耗就会造成浪费。因此，需要通过软件动态调整解决功耗的问题。同时，ZSP G4保留了一些高速接口，使客户可以加入高效的硬件模块，以解决功耗平衡的问题。芯原在整个系统设计上，不光是为客户提供IP核，还要帮助他们使数据的搬移最小化，这样才能降低总线开销，降低功耗。
　　支持HEVC和VP9的Hantro G2视频解码IP
　　芯原在发布会上还同时推出了Hantro G2多格式视频解码IP，用于支持高效率视频编码（HEVC或H.265）标准下的超高清4K视频解码，以及WebM项目下即将推出的VP9网络视频格式。此外，Hantro G2 IP还支持包括H.264、VP8、MPEG-4、VC-1、AVS（即将支持AVS+）、MPEG-2、DivX、Sorenson Spark和VP6在内的其他多种视频格式。
　　芯原董事长兼总裁戴伟民博士介绍说，VP9是由Google发起的WebM项目所开发的下一代开放视频编解码格式（图4）。在与H.264最高规格相同的视频播放质量下，VP9有望为网络视频服务节省一半的网络带宽。该视频格式为基于浏览器的实时视频会议工具WebRTC等应用提供了一个低延迟、高质量的视频编码解决方案。
　　
　　图4：芯原董事长兼总裁戴伟民博士。
　　汪洋指出，作为可扩展的IP解决方案，Hantro G2可根据客户对产品性能的需求来优化硅片面积，并支持从4K@60fps播放速率的高端应用，到1080p高清播放的中端应用，再到标清播放的低端应用，从而广泛适用于从超高清电视产品到低端功能手机的多样化市场。Hantro G2是业内首款在一百万逻辑门以内支持4K@60fps的单芯片架构IP。业界领先的Hantro视频半导体IP已经被全球超过75家半导体厂商应用于超过10亿片芯片之中，而Hantro G2是Hantro视频IP的第十三代产品。另外，芯原也正致力于支持HEVC和VP9的Hantro H2多格式视频编码IP的开发。
　　LEP控制器ASIC方案使控制系统以更小体积控制更大功率输出
　　LED由于效率较高，正在替代白炽灯应用。然而，要实现500V、1000V的大功率应用，LED在技术上存在困难，并且价格不菲。戴伟民博士介绍说，最近一种新型的等离子光源（LEP），由于具有体积更小、效率更高的优点，在高流明应用领域对LED照明技术进行了补充（图5）。然而，LEP控制需要用到大量的RF器件，从而导致控制模块体积较大。
　　
　　图5：LEP面向高流明应用，LED面向低流明应用。
　　芯原针对这一应用，推出了LEP控制器解决方案。该方案在单芯片中集成超过200个器件，将可替换器件BOM成本降低了70%，并使整体系统减少超过50%的占板面积，从而便可以相同大小的模块控制更大功率的LEP（图6）。同时，该控制器也使LEP的控制更加智能，实现了更高的启动、运行和控制效率。
　　
　　图6：LEP控制器让模块更小型化，将没有ASIC的模块的数字部分面积（绿色部分）减少到原板的1/4。