Signal processor programmabili per applicazioni wireless

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Internet wireless è ormai una realtà. In meno di un anno, e con un servizio dati ad appena 9,6 kbit/s, la giapponese Ntt DoCoMo ha raccolto oltre 5 milioni di abbonamenti ‘i-mode’ – oltre il 10 per cento della base utenti di telefonia mobile – e il numero è destinato ad aumentare fortemente nei prossimi mesi.

Con l’imminente introduzione del Wap (Wireless access protocol) nel resto del mondo, la maggior parte dei telefonini venduti il prossimo anno sarà collegabile al web. Entro il 2003, poi, oltre 600 milioni di utenti avranno accesso a Internet dai loro cellulari.

Fornire servizi a 384 kbit/s (2,5G) richiede un passaggio dai circa 100 Mips di potenza elaborativa degli attuali cellulari a ben 10.000 Mips e oltre.

Tipicamente, l’elaborazione di segnale è stata ottenuta combinando software in un Dsp con accelerazione hardware per gli algoritmi più veloci in un Asic. Tuttavia, i requisiti di elaborazione del segnale dei sistemi 2,5G hanno ridotto la possibilità di implementare gli algoritmi a livello software a un mero 10 per cento. E il gap fra i requisiti di elaborazione del segnale e le capacità dei processori di segnale sta facendo crescere nettamente l’implementazione degli algoritmi su Asic.

Tuttavia, i Dsp implementano ancora una matematica del tipo a ‘moltiplicazione e accumulo’, con un’architettura di elaborazione legata a quella che, negli anni ‘70, era stata sviluppata per risolvere problemi nel settore dei radar militari. E, benché sia molto flessibile, tale architettura non è stata progettata per risolvere i problemi sempre più complessi e specifici delle comunicazioni wireless.

D’altra parte, gli Asic sono componenti poco flessibili e non è possibile adattarli facilmente ai numerosi cambiamenti in atto, che derivano dall’evoluzione del mercato wireless. Inoltre, nella tecnologia Asic sono utilizzati almeno 20 standard e altri ancora vengono continuamente introdotti: ciò impone un forte sforzo di sviluppo per creare una gamma di prodotti completa da destinare al mercato globale.

Infatti, se si considera che sviluppare una gamma di prodotti Channel Card completa richiede Asic da 4-6 milioni di gate, contenenti il know-how di 50-100 anni uomo, l’investimento che un’azienda deve affrontare può raggiungere il miliardo di dollari. Naturale, quindi, che gli Oem siano alla ricerca di componenti off-the-shelf per risolvere il problema in modo più conveniente.

Combinazione di tecnologie

Per rendere sistematico e scalabile il prodotto finale è quindi necessaria una piattaforma hardware in grado di combinare le prestazioni e i parametri di costo di un’implementazione Asic tradizionale con la flessibilità e la scalabilità associate a un Dsp.

Una soluzione di questo tipo può infatti offrire un’elaborazione algoritmica a elevate prestazioni e un’architettura flessibile in grado di supportare il rapido sviluppo di prodotti, più standard di interfacciamento wireless e la continua evoluzione di tali standard in modo non convergente.

Partendo da queste premesse, Morphics ha quindi sviluppato i primi Wsp (Wireless signal processor) del mercato, che sono definiti come dispositivi programmabili ottimizzati per l’elaborazione in banda base all’interno di sistemi wireless, con una potenza maggiore di 100 Mops/mW.
Essi si collocano quindi a metà strada fra gli Asic (che sono efficienti ma poco flessibili perché usano algoritmi fissi) e i Dsp e gli Fpga (che sono flessibili ma poco efficienti, perché si basano su architetture fisse), assicurando un controllo dinamico della rete e l’allocazione/configurazione programmabile delle risorse.

La principale caratteristica dei nuovi prodotti è quella di avere percorsi dati programmabili specifici per le forme d’onda e agli algoritmi matematici dell’ambiente wireless.
In particolare, nei futuri sistemi 3G, i Wsp Morphics saranno in grado di eseguire funzioni di controllo Layer 1, elaborazione chip-rate, elaborazione symbol-rate, elaborazione di stima e altre operazioni critiche di elaborazione in banda base.

Le architetture di signal processing Morphics sono utilizzabili in comunicazioni wireless mobili, Lan wireless, telefonia fissa wireless, posizionamento wireless e applicazioni di comunicazione via satellite. L’aggiunta di dati broadband alle reti wireless non farà che spingere verso l’alto di diversi ordini di grandezza le esigenze di elaborazione del segnale rispetto a quanto richiesto dalle reti attuali, progettate principalmente per la trasmissione di voce.

Basti considerare che un singolo utente di dati ad alta velocità richiede una potenza elaborativa maggiore di 10 gigaoperazioni al secondo (Gops). La complessità algoritmica, quindi, crescerà più velocemente delle capacità offerte dai processori tradizionali e la proliferazione di standard multipli complicherà ulteriormente il quadro, perché flessibilità e scalabilità diventeranno imperative nella progettazione dei nuovi prodotti.

Due aree di mercato

Morphics ha diviso il mercato in due aree fondamentali: quella delle infrastrutture wireless e quella dei terminali.
Per la prima, essa offre integrati flessibili di elaborazione in banda base che possono essere programmati dai produttori di apparati per implementare uno qualsiasi dei maggiori standard wireless.

In particolare, i Wsp Morphics permettono di realizzare il controllo dinamico delle reti, l’allocazione e configurazione programmabili delle risorse per costruire i datapath richiesti e motori flessibili.
Ciò si traduce in significativi vantaggi di time-to-market, nonché in importanti benefici di prestazioni di sistema, densità di canali, basso consumo di potenza e bassi costi per gli Oem specializzati nelle infrastrutture wireless a larga banda.

Un’Api gerarchica, orientata agli oggetti, semplifica la programmazione e l’integrazione ai produttori di apparati.
Per il mercato dei terminali wireless, Morphics offre invece su licenza core Sip (Semiconductor intellectual property) di elaborazione in banda base multistandard, che possono essere programmati dai produttori di terminali e chipset al fine di implementare dispositivi wireless flessibili, scalabili e a bassa potenza.

Mettendo a disposizione una piattaforma comune per lo sviluppo di terminali avanzati, i core Morphics assicurano un time-to-market rapido.

In conclusione, i prodotti Morphics si configurano come una singola piattaforma comune programmabile in funzione dei vari standard 3G e adatta per macro, micro e picocelle; come una soluzione a basso costo, con un’elevata densità di canale, una bassa potenza e senza i cicli di ingegnerizzazione degli Asic; nonché come un’interfaccia di macchina virtuale ad alto livello, basata su un’architettura scalabile in funzione della legge di Moore e flessibile, permettendo lo sviluppo di performance proprietarie.
I nuovi chip sono già in consegna ad alcuni dei maggiori produttori mondiali di stazioni base e terminali wireless.

www.morphics.com

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