65nm FPGA向多模无线基站为代表的高端应用渗透（上） 爱立信, 生产成本, 移动通信, 运营商, 小灵通

苹果也疯狂

随着TD-SCDMA进入大规模商业实验，WiMAX加入ITU成为第4个3G标准，爱立信率先完成LTE全链路高速传输试验，IMT-Advanced 开始提案征集，移动通信越来越多地呈现了多标准共存的局面。在现实中则往往在一个站址上，同时有小灵通、CDMA、GSM、TD-SCDMA等多种标准的 基站。如何降低研发生产成本，降低建设、运营、维护和升级成本，就成为设备厂商和运营商所面临的共同课题。对此，基站设备厂商提出面向全IP化多模无线基 站，实现GSM、UMTS、CDMA、WiMAX多模块多模式基站，从而可以实现平滑演进，从现有TD-SCDMA、WCDMA等3G标准平滑升级到 HSDPA/HSUPA甚至LTE等后3G标准。

FPGA 类高性能可编程逻辑器件，正是多模无线基站的最佳构建平台之一。Xilinx率先发布和量产的65nm平台FPGA，则以大量先进技术和全新的设计有效增 加了系统产品的生命周期并满足了3G、LTE、IMT-Advanced等移动通信标准和高性能处理设备对更多功能、性能、功耗和综合成本的苛刻要求。

更大容量、更高性能

尽管DSP的工作时钟频率已经提升到GHz量级，但还是无法满足高端应用系统对实时性的要求。换句话说，算法复杂度与传统DSP的性能之间一直存在着落 差。而且，随着3G及LTE、IMT-Advanced等未来移动通信技术的出台，通信系统中的MIMO、OFDM、LDPC等无线算法和AVS等实时视 频编译码算法的复杂度直线上升，使得这种落差呈进一步扩大态势。

传统上，这一落差是由专用信号处理芯片(ASIC或ASSP)来进行弥补。不过，FPGA凭借高度的灵活性和近些年来性能的提升以及功耗的改善，特别是近 两年的时间内采用65nm工艺的高性能FPGA的推出，加快了自身向这块DSP无法覆盖的信号细分市场渗透的速度。笔者以Xilinx的Virtex 5为例进行阐述。
Virtex-5系列所采用的6输入LUT ExpressFabric技术在将性能提升了2个速度级别同时使动态功耗降低了35%，面积缩小 45%，总逻辑单元数多达 330,000个。同时，Virtex 5高达11.6 Mbit 的灵活嵌入式 Block RAM，可以以高达 550 MHz的工作速率运行。每个Block RAM模块最高可存储 36 Kbit 数据，可以配置成工作频率为 550 MHz的FIFO而无需消耗逻辑资源，或配置为双端口 RAM以增加带宽，还可以级联增加实现更大存储器。

为了满足设计师对多通道、高性能DSP算法加速的需要，所有 Virtex-5 系列都提供大量增强嵌入式型DSP48E slice块，在更大的动态范围内实现48位全精度结果而无需消耗逻辑结构资源；DSP48E Slice 支持专门的布线所实现的加法链结构突破了加法树的性能瓶颈。特别在面向信号处理的SXT 平台上的 Slice更多达 640 个，可以工作在550 MHz，实现 352 GMACS 的性能。同时每个 DSP48E Slice 在翻转率为 38% 的情况下，功耗仅为 1.38 mW/100 MHz，比90nm器件降低了40%。

更高的I/O速率，支持更多I/O标准

虽然现代电子系统互连越来越趋向于串行交换式互连网络，但对差分或单端并行I/O也有越来越高的性能要求。如LTE通信系统中采用的MIMO技术可能需要 系统FPGA同TI公司串行LVDS输出的4通道14bit 125 MSPs ADC芯片互连，单差分对最高数据率可能高达1.04Gbps，对FPGA提出了很高的要求；通信系统中大量采用DDR2、DDR3、QDR2等高时钟速 率存储器实现对高速信号和分组数据的缓存处理，也需要FPGA提供有效的互连接口。