Cortex-R8：下一代行动宽带核心 - 详解5G通信的关键技术及挑战

　　Cortex-R8：下一代行动宽带核心

　　Cortex-R8处理器是ARM最高性能的嵌入式实时处理器，采用成熟技术并进一步提升性能至更高层次。该处理器管线采用ARM为最高性能应用处理器开发的技术，并使其于提供最高性能的同时，也满足「硬实时」（hard real-time）的要求。

　　「硬实时」是指处理器即使是在已知最糟（决定性的）情况的延迟下，仍能非常快速地切换以因应新的重要事件。这种最糟情况的延迟通常也只有几奈秒，让来自系统其他部份的中断能够被侦测到，并迅速采取行动解决。在LTE-Advanced Pro和5G调制解调器的第一层（Layer 1）控制任务将处理多载波以及很高的数据速率。

　　因此，处理器必须以很高的频率频率执行，并且能够在很多任务之间快速地切换以及处理外来事件。诸如Wi-Fi等未授权载波提供的数据和数据封包速率比LTE更高，而结合并控制这些不同的载波需要一款专用处理器。Cortex-R8拥有11级管线，能以极其快速的时钟速率提供所需的性能。这种管线是「乱序」的，意味着即使有些指令在等待来自较慢的外部储存系统数据时，也可以继续进行处理，因而大幅减少管线的「停滞」，并尽可能提供最佳性能。

　　Cortex-R8也增强了紧密耦合内存（TCM），让更多程序代码与数据能储存于快速内存中，因此在存取重要程序和数据时不至于延迟。相较于由处理器管理的快取，TCM是由开发人员管理的，因而能够迅速取得重要的指令和数据结构。在调制解调器中有一些非常关键的实时程序，而其他并不是那么重要程序可以在后台执行。

　　Cortex-R8可使多达4个处理器整合于单一的丛集中。就调制解调器而言，这些处理器通常是以不对称的处理模式执行以获得最佳效率。而且，它能在手机处于闲置模式时关闭处理器电源，只在吞吐量提高时才导通更多处理器的电源，因而大幅延长电池寿命。这种可配置性也使得开发商能够透过单次的软件投资和可扩展性能，开发出因应不同LTE类型的各种调制解调器。

　　Cortex-R8可在诸多的接口端口中灵活选择，从而连接至其他调制解调器系统。用于控制外部硬件和加速器的专用端口提供最低的延迟控制，以确保在复杂系统中尽可能实现最佳性能。

　　然而，Cortex-R8并不仅仅用于调制解调器设计，其先进性能也适用于企业储存产品，包括HDD和SSD以及其他需要可扩展的嵌入式实时平台。Cortex-R8并建置新的错误检测、校正和控制机制，尽可能地确保可靠性。

　　提供下一代行动宽带体验

　　如同针对5G打造全新优化且高效率的空中接口一样，支持5G基础设施要求的改进型网络必须能够简化管理与协调层（orchestration layer），从而简化底层硬件和软件的复杂度。

　　为了成功部署新的5G基础设施，需要不同的设备组合。根据地理条件，可能需要诸如云端无线存取网络（C-RAN）、分布式内容分发、可扩展性控制网络和自适应天线数组等技术。以C-RAN为例，该新技术极具颠覆力，当多个基地台单元和相关的控制网络共同整合于「云端」时，即可提供云端无线接取网络。

　　为了满足Cloud RAN、分布式内容分发和可扩展控制网络的全新平台需求，业界已经利用一些新兴技术取得了重要进展：

　　软件定义网络（SDN）这是一种提供网络可扩展性连接和简化传统网络的新方式。SDN是由开放网络基金会（Open Networking Foundation）初步开发的一套标准，透过隔离控制层和数据层，提供网络功能的抽象层。网络管理和操作可以集中进行，而不必分散到不同的网络层和机箱。透过简化的抽象软件层进行集中控制带来了诸多益处，如降低营运成本、提高自动化、控制、灵活性、敏捷性和应用创新。SDN将会改变设备连接到网络基础设施的方式，而且接取节点与聚合节点之间的连接方式也会相应发生改变。

　　网络功能虚拟化（NFV）让传统功能从所有权硬件防火墙转移到标准化的服务器、交换器和储存组件。当这些新功能应用于软件时，可以轻易地应用于数据中心、网络节点或客户端的平台，以充份利用全球网络效率。因此，NFV的好处包括更少依赖专用硬件来降低资本支出（CapEx）和营运成本（OpEx）。由于更快的配置、测试和整合，使用NFV可加速市场实时服务。

　　为了支持对于延迟敏感的5G功能和终端使用案例，NFV的执行必须与优化网络卸除能力匹配，也必须与行动边缘运算（Mobile Edge Compute）技术搭配，这些技术尽可能地将虚拟化网络功能贴近接取网络的边缘装置，以避免网络基础设施的过度转变。

　　分布式智能透过支持网络中更多的分布式智慧，可在云端中已布署的可用资源分配基本的决策点。使用工作负载优化的硬件和软件来确保网络中各分布点的网络、储存和运算功能的实现。工作负载优化硬件以高度整合的SoC为基础，具有异质处理能力，使得该硬件可在网络中变得更智能，即使是微缩至最高功率和外形因子受限的位置。通用的软件平台可让开发人员和IT用户更快地部署服务。

　　储存随着5G网络和服务进展，我们也会看到储存功能直接融合于基础设施网络中。尽管传统上经常将「云端」储存联想到数据中心，但我们将逐渐看到储存迁移至网络中的所有节点。5G的核心要求在于高带宽和低延迟服务，这些要求不仅影响空中接口无线连接，同时也推进整个网络。分布式储存以及提高边缘装置的智能化，均有利于使传输延迟最小化，从而提供所需的服务和智能以实现目标。

　　这些技术标准和架构是下一代基础设施网络或「智能、灵活云端」的基础之一。云端之所以灵活是因为能轻松快速满足不同的网络要求并且提高5G空中接口的具体挑战。云端之所以智慧是因为其利用业务、顾客和网络数据来加强既有的服务，并且作为创造高度创新和竞争性的新服务的基础。