博弈下一代移动宽带，创新技术走向何方

随着移动互联设备以及视频应用日趋普及，带宽需求激增，给通信网络发展带来巨大挑战；另一方面，现实挑战与市场机遇也在驱动下一代移动宽带相关技术创新。在第九届全球电子峰会(Globalpress e-Summit2011)上，来自硅谷的领先半导体公司从不同角度分析了全球网络通信领域的技术发展远景和创新设计趋势。本文撷取部分亮点，以飨读者。

移动回程向以太网演进

据思科Visual Networking Index(VNI)研究报告中对全球移动数据流量的预测，2015年的全球移动数据流量将比2010年上升26倍，达到每月6.3EB或每年75EB；2010年到2015年期间，移动数据流量年复合增长率将达92%。这种显著增长主要由两类全球趋势所推动：平板电脑和智能手机等移动终端持续普及；移动视频应用及服务逐步普及。


图1：移动互联设备及视频应用驱动全球移动数据流量快速增长。(资料来源：Cisco)

“随着云计算的发展，这种趋势将更加明显。”Broadcom网络交换事业部产品线总监Jim McKeon指出，移动数据业务量呈现爆炸性增长，传统基于低带宽的TDM链路的回程方案已难以满足高带宽用户的需求，因此，运营商开始在向效率更高的以太网升级。Infornetics Research公司预测，到2014年，移动回程传输设备市场规模将达到80亿美元；届时几乎所有基站都将采用以太网。

“以太网是下一代移动回程的发展趋势。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。”Jim McKeon表示，“我们的以太网边缘交换技术可以为传统TDM网络提供高性价比的无缝升级途径，该技术非常适用于3G和4G移动回程传输。”今年3月Broadcom宣布收购微波回程混合信号芯片厂商Provigent，“这使我们得以进一步扩充产品线，以全面满足50亿美元微波回程传输设备市场的需求。”Broadcom公司基础设施与网络事业部产品管理总监Edward Doe表示。

在网络升级过程中，运营商面临着经济和性能方面的双重挑战。为帮助其应对挑战，Broadcom推出新的BCM56440交换芯片系列，“该产品基于Broadcom的StrataXGS技术，采用40nm制造工艺，是目前业界集成度最高的移动回程解决方案，在一个CMOS器件中整合了7个现有ASSP器件功能，大幅降低了B O M 成本，同时能使运营商在移动回程传输设备上的资本支出降低多达50%。”Edward Doe介绍，与基于TDM的传统网络相比，新方案将带宽提升了1,000倍。“BCM56440交换芯片系列支持MPLS-TP、BFD、1588等多种传输协议，其中1588协议也是中国移动运营商重点关注的技术标准。”Edward Doe强调，此外，BCM56440无需昂贵的、高功耗的网络处理单元(NPU)和FPGA，从而大幅降低了总体开发成本并加速产品上市。

突破数据处理性能瓶颈

“如同宇宙中存在不可见的‘暗物质’,在计算领域，由于传统处理器遭遇性能瓶颈，因而也存在‘暗物质’。”Tensilica公司CTO Chris Rowen在其主题演讲中指出，下一代移动通信网络要能经济高效地实现海量数据传输并优化频谱使用率，因而需要具有突破性运算性能的处理器。

应对未来趋势，Tensilica最新推出面向密集计算数据平面(DPU)和DSP的处理器IP，“通过内建Tensilica的Xtensa LX4 DPU，可以将需要庞大数据处理的应用数据带宽提高4倍，最高可达每周期1,024位，支持更宽的128位VLIW指令，从而提高指令并行度。”Chris Rowen介绍，这使得Xtensa LX4 DPU特别适合于有线和无线基带处理、视频前处理和后处理、图像信号处理和各种网络包处理应用。

“Tensilica DPU的优势在于同时具备控制和信号处理能力，新增的高速缓存预取功能。可以在片外存储器延时很高的情况下帮助提升系统性能。”Chris Rowen强调，“与一个标准的RISC或者DSP内核相比，DPU可以将性能优化提升10倍到100倍。目前Tensilica已经将这些技术应用到最新发布的面向LTE通信的ConnX BBE64 DSP上。

光接口FPGA克服铜互连限制

高清视频、云计算以及3D游戏等新兴高带宽应用对网络系统数据存储和传输能力提出了更高的要求；带宽需求不断增长，传统上基于铜线的电互连无法实现创新，因而成为限制系统性能的瓶颈。

“在传统的电布线方案中，随着高速化的实现，传输损耗越来越大。”Altera公司的IC工程副总裁Bradley Howe指出，为打破数据传输高速化的极限，Altera发布了光纤互连可编程器件规划，在未来FPGA器件封装中支持直接光纤接口。

“在这里，收发器技术是关键。收发器内电光接口的信号速率和质量能直接影响驱动高质量光纤信号的能力。”Bradley Howe强调，Altera在FPGA中集成了光接口组件，因而不再需要分立的光模块，就能够支持光信号传输和接收。通道最大数据速率取决于F PGA收发器数据速率，在目前28nm工艺节点处可达到28Gbps，10Gbps线路速率时传输距离可达100米。

“这些直接光纤接口FPGA支持多种应用，可大幅度降低功耗和成本，减少对资源的占用，同时提高端口密度。”Bradley Howe进一步指出，例如，对于数据中心等需要进行大量计算和存储功能的应用，将光纤接口集成到器件封装中能够取代可插拔光纤器件，并将功耗降低70%到80%，端口密度和带宽能够提高几个数量级。在通信基础设备广播和军事、领域的背板应用中，这类器件将替代昂贵的电路板材料和连接器，突破铜线技术固有的带宽和信号完整性瓶颈。“相关光纤互连产品Demo将在2011年下半年推出。”Bradley Howe表示。

数据中心网络架构趋向扁平化

在向云环境演进的过程中，数据中心生态系统的高性能、开放式及自动化成为不可或缺的要素。服务器整合与虚拟化是数据中心发展的两个主要趋势。虚拟化能够增加服务器的密度，并能使数据中心高效地部署云服务。

“通过高效的自动化技术，简化虚拟化环境，实现对虚拟机的管理，同时确保云控制集成；通过减少交换层数来实现更加扁平的数据中心网络，从而降低延迟和管理开销。”Fulcrum微系统公司总裁兼COO Mike Zeile谈到，目前有些企业正计划去除整个汇聚层，希望最终可以在一个任意连接两层协议域中实现一层交换。例如，Juniper Networks已宣布其“3-2-1”创新计划，将目前的三层数据中心网络减少为两层，并在将来减少为一层。

针对下一代数据中心的发展趋势，Fulcrum推出FocalPoint FM6000系列10G/40G以太网交换芯片，“该产品是目前业界最小延时(仅300ns)以太网交换芯片，可支持72个10GE端口或18个40GE端口；每端口功耗小于1W。”Mike Zeile介绍，FM6000系列采用Fulcrum的高速以太网交换架构Alta；借助FlexPipe低延迟包处理管线，FM6000可提供超过每秒10亿个数据包(pps)的吞吐量。

目前FM6000系列有9款器件，每个器件提供不同的端口配置，全系列带宽范围从160Gbps到720Gbps，可用于构建高端口数量的架顶式和列末式交换机。“FM6000系列的所有9款器件会在2011年第二季度提供给用户。”Mike Zeile透露。