ARM công bố chip Cortex-R8 mở đường tiến lên 5G

Hôm qua, ARM vừa công bố chi tiết bộ xử lý Cortex-R8 mới của họ. Bộ xử lý này được thiết kế nhằm mục đích lưu trữ trong thời gian thực và các giải pháp kết nối modem, cũng như tăng gấp đôi hiệu suất so với những thiết kế trước đó. Trước khi, chúng ta đi sâu hơn nữa về thông báo mới nhất của ARM, chúng ta hãy xem những công nghệ đang làm cho nhu cầu ngày càng cao về bộ xử lý modem.

Modem băng thông thông minh

Bạn có thể biết hoặc không biết rằng modem băng thông trong smartphone của bạn đều có các bộ xử lý riêng, và thậm chí cả hệ điều hành cho riêng mình. Trong khi nó không phức tạp như môi trường hệ điều hành nhiều chức năng mà chúng ta vẫn thường sử dụng, những hệ điều hành RTOS (Real Time Operation Systems : hệ điều hành theo thời gian thực) này, thường chỉ nặng vài trăm kilobyte. Nhưng nó chịu trách nhiệm sắp xếp cho luồng dữ liệu vào ra từ nhà mạng của bạn, và đảm bảo dữ liệu vô tuyến từ một tháp di động có thể hiểu được trên smartphone của bạn.

Hình minh họa kiến trúc băng tần.

Bộ xử lý băng thông được chia thành hai phần – một modem để điều chỉnh và tách tín hiệu sóng vô tuyến chứa dữ liệu bạn cần, và một bộ xử lý năng lượng thấp để quản lý giao tiếp giữa trạm phát sóng và thiết bị di động đầu cuối. Ngày nay, các smartphone phải xử lý một loạt các giao thức di động khác nhau, bao gồm GSM, HSPA và 4G LTE. Tất cả đều cần phải có một năng lực xử lý để biên dịch dữ liệu đến, làm nó có ích và tạo ra các gói cho dữ liệu đi.

Một bộ xử lý modem chịu trách nhiệm biên dịch và xử lý các kết nối sóng vô tuyến, giao tiếp với những phần khác của phần cứng modem bao gồm các đơn vị DSP và bộ chuyển đổi kỹ thuật số, cũng như truyền dữ liệu đến bộ xử lý ứng dụng chính trên điện thoại. Do tốc độ cao của kết nối di động, bộ xử lý phải có khả năng đáp ứng gần như ngay lập tức các tác vụ “nặng” theo thời gian thực, vì vậy, các loại bộ xử lý này đặc biệt hơn nhiều so với bộ xử lý smartphone của bạn.

LTE-A Pro và con đường đến 5G

Khi chuẩn mạng kết nối không dây ngày càng tăng về tốc độ và độ phức tạp, các thiết bị đòi hỏi có phần cứng và phần mềm mạnh mẽ hơn để biên dịch, xử lý và tạo các gói dữ liệu mạng.

Các băng tần kết nối mà thiết bị phải xử lý cùng lúc khi lên các kết nối cao hơn.

Một cách đơn giản để thấy được điều này là nghĩ về lưu lượng dữ liệu. Nếu mạng kết nối của bạn liên tục đẩy dữ liệu ngày một nhanh hơn, vì vậy bộ xử lý modem cũng sẽ phải trở nên nhanh hơn trong việc xử lý các tác vụ thông thường. Với sự phát triển mạng kết nối mới, nếu nhìn vào các tác vụ như ghép dữ liệu lại với nhau và truyền dữ liệu đó cho hàng loạt các nhà cung cấp mạng LTE khác nhau, cũng như xử lý song song, sau đó chúng ta có thể thấy modem smartphone đã trở nên phức tạp như thế nào.

Tình trạng này sẽ chỉ càng trầm trọng hơn với việc tổng hợp dữ liệu từ nhiều nguồn mạng khác nhau, do sự xuất hiện của LTE-Advanced Pro và thậm chí mạng 5G cũng đã bắt đầu xuất hiện,. Băng tần LTE-Advanced Pro giúp cải thiện việc tổng hợp tần số của các nhà mạng, cũng như hỗ trợ Wifi và các dải tần LTE không đăng ký. Còn mục đích cuối cùng của 5G là làm việc sử dụng song song các băng tần LTE, 5G và Wifi tại bất kỳ thời điểm nào. Mặc dù điều này giúp tăng đáng kể lưu lượng dữ liệu so với các mạng hiện nay, nhưng đồng thời cũng gia tăng thách thức cho các kỹ sư thiết kế modem để làm việc với hàng loạt các giao thức khác nhau.

ARM Cortex-R8

Giờ chúng ta đã hiểu hành trình và thách thức của mình, chúng ta hãy xem Cortex-R8 có thể làm những gì trong bức tranh này.

Minh họa kiến trúc của Cortex-R8.

Dòng chip Cortex-R là sự kết hợp giữa bộ xử lý các ứng dụng hiệu suất cao của Cortex-A và các bộ vi điều khiển năng lượng thấp Cortex-M. Serie sản phẩm này được thiết kế cho các ứng dụng chuyên biệt với hiệu suất cao theo thời gian thực, hơn là các tình huống đòi hỏi một hệ điều hành nhiều chức năng hay các thành phần năng lượng thấp.

Bộ xử lý Cortex-R8 là một lõi 32-bit dựa trên nền kiến trúc ARMv7-R, cùng với một đường dẫn 11 lớp và một bộ thực thi OOO không theo trình tự siêu vô hướng. Xung nhịp của lõi lên đến 1,5GHz trên quy trình HPM 28nm. Bộ xử lý Cortex-R8 có thể mở rộng từ một lõi đơn lên cấu hình lõi tứ, làm nó phù hợp hơn với hàng loạt mức hiệu suất khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng. Trong khi chíp Cortex-R7 bị giới hạn ở khả năng mở rộng, khi chỉ lên được cấu hình lõi đôi. Mỗi lõi cũng có thể ghép cặp với 2MB bộ nhớ ghép chặt TCM, gồm 1 MB bộ nhớ lệnh và 1 MB bộ nhớ dữ liệu.

Ông James McNiven, tổng giám đốc của bộ phận CPU ARM, cho biết : “Chip Cortex-R8 là CPU theo thời gian thực mạnh nhất hiện tại và hiệu suất trình diễn của nó sẽ làm nó trở thành phương tiện trên cao tốc của modem 5G.”

Với hiệu suất gấp hai lần so với hiệu suất đỉnh của Cortex-R7, CPU dẫn đầu về hiệu suất trước đây của ARM trong dòng sản phẩm Cortex-R, công ty cũng cho biết các thử nghiệm cho thấy chip R8 có đủ hiệu năng để sử dụng trong các modem LTE-A Pro và 5G thế hệ đầu. Không chỉ sử dụng trong các modem 5G, ARM cho biết chip Cortex-R8 có thể sử dụng trên ổ cứng cứng xung nhịp thấp và ổ SSD.

Như thường lệ, tính năng tiết kiệm năng lượng luôn là điều ARM nhấn mạnh. Với thiết lập dành cho các CPU nhiều lõi hoạt động không đối xứng và các lõi có thể giảm tiêu thụ điện một cách riêng biệt. Trong khi bốn lõi có thể được sử dụng truyền video trực tuyến ở tốc độ cao, một modem có thể giảm xuống chỉ còn một lõi khi điện thoại ở trạng thái nghỉ.

Chip Cortex-R8 hiện đã có sẵn để cấp phép ngay lập tức và dự kiến sẽ có mẫu silicon trong nửa sau năm 2016. Các thiết kế modem sử dụng chip Cortex-R8 sẽ hỗ trợ cho việc triển khai mạng LTE-A Pro và 5G.

Tham khảo Android Authority