5G之路：下一代蜂窝通信的主要特点和所需的主要技术

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5G基站设备同5G核心设备相比具有完全不同的功能。设计者必须要确定处理器功能的最佳混合以应对所需的处理，从可获得的技术选项中做出选择，在规定的时间内提供自己的设计以抓住市场机遇。

控制面板：控制面板的功能要求每个数据包处理量最大化，尤其是每个数据包所涉及的数以万计的指令，通常是以"从运行到完成"的模式分配。乱序和多级流水线可以得到非常有效的利用。

具备虚拟化功能的高性能内核可以满足控制面板、内容发布网络和其他要求高单线程性能功能的需求。在控制面板运营的应用包括NFV、用于云端和边缘网络的CDN和要求更多性能的潜在新兴远程访问技术（例如：5G）。

数据平面：
网络的优势在于能够看到几百Mbps或也许Gbps范围内的数据速率；访问或云端部分感受到1至10 Gbps的数据；内核处理20至几百Gbps的数据。和控制面板不同的是，此处的挑战在于处理回程流量的爆发、处理数据头并将数据置于缓冲存储器内而不丢失任何数据包。

这包括处理的完全不同方式。许多数据平面设计使用专用的数字信号处理系统，该设计通过ARM AMBA®互联将数据层面处理器连接到SoC。DSP提供一个专用最优指令组用于数据平面处理，并且将CPU从高耗电和计算密集型功能卸载。

除了用于控制处理的每个数据包数以万计的指令，数据包处理可能仅仅使用几百个指令/数据包。访问高速缓冲存储器（指令、数据、L2和L3）和外部存储器对数据包处理来说也是不同的。

数据和控制处理之间存在一个重要的区别。ARM使用"无状态"（stateless）和"有状态"(statful)的术语来区别这两个概念。无状态处理使用海量的小内核来处理进入SoC数据包的数据流。每个内核以"从运行到完成的模式"运行，以给数据头分类，并将数据包纳入存储器。每个数据包单独的处理；内核只知悉之前的任何数据包。内核的数量和互联的尺寸仅仅根据界面速度变化。相反，有状态处理 适用于更高水平的决策，数据包的历史在这样的情形下很重要。流量和会议可以得到管理，尤其是控制平面。

调度：
5G系统的另一个挑战在于与前两个正交。对于用户访问调度，如果需要按照可获得的空中接口带宽调度用户，延时是关键。以LTE为例，空中接口可能有几百个用户将被调度到他们自己的时隙。所有这一切都需要按照5G标准的时间限制通过潜在几个内核计算：可能小于0.5ms。这涉及很多优先计算、接收和传输任务的调度、及从DSPs、处理器和存储器接收和向DSPs、处理器和存储器发送信号。因此，具备在异构架构下使用多个内核并且在多个内核间切换的能力至关重要。

技术要求：
随着智能连接设备上的数据消费的急速增长，受到新的空中接口技术（如5G）的推动，系统设计人员利用相同的功率和设备位置来提供更佳性能的任务带来新设计。ARM一直在开发IP来支持更高的性能、多核处理器。连贯连接线、最佳性能增强物理和逻辑IP都支持这些非常灵活的异构结构，异构结构对于确保满足5G性能要求至关重要。新的ARM内核，如Cortex-A72和Cortex-A53，已经使得性能/瓦特和性能可扩展性目标能够在下一代SoC设计上实现。此外，在研发预算受到挑战的当下，具备良好支持的软件和工具生态系统的行业标准指令集合结构（ISA）使得SoC设计经理能够更快地将产品投入市场，节约研发资金，开发具有附加值和差异化专用的特点。

小结

在过去20年内，ARM已然成为移动变革的核心。从早期的2G手机到3G再到LTE，已经有超过200亿手机采用了ARM技术，ARM是蜂窝式调制解调器的核心。以ARM为基础的调制解调器使得我们日常生活中不可缺少的智能手机变成现实。

随着LTE日益成熟，我们已经把连接数字化生活的方方面面变为现实。在诸如电子邮件、新闻和社交媒体等信息化服务之外，我们看到现在人们倾向于更复杂的使用案例，覆盖到日常生活的方方面面，如健康、福利、医疗等等。就算是这些设备的形状因数已经开始改变并打破传统智能手机的限制；新的应用，如可穿戴，已经与我们的日常生活无缝衔接。

展望手机发展的下一个十年，我们可以有哪些期待呢？对服务的更多需求给服务我们的网络提出了更大容量的要求。更有效地利用无线频谱是至关重要的，这将行业研究催化推进到5G无线通信系统。增加移动网络的容量，可以让移动网络不仅服务更多的用户，并且随着世界在物联网的这把大伞下相互连接，也服务更多的"事件"或物体。通过更高效地使用和监控资源实现低碳经济、通过远程医疗实现普遍医疗保健或实现汽车联网，这次都只是持续移动变革所带来的诸多益处中的其中几个。

正如我们为了实现这些益处而建立了这