Page 42 - 网络电信微杂志——2015年第九期

解决方案
·用户体验速度（非理论速度）要达到1～10Gbit/s
·端到端时延要达到1ms级
·设备连接数量增加10～100倍
·能耗减低90%。
因此未来5G网络需要更高的网络带宽，更高的信息处理能
力，更大的通信容量，更灵活的网络结构，以及更低的系统能
耗。这些都对5G系统和终端用的芯片也提出了更高的要求。
3.网络和信息安全
网络和信息安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的
数据受到保护，不受偶然的或恶意的破坏、更改、泄露，系统
能够连续可靠正常地运行，网络和信息服务不中断，最终实现
业务连续性。
网络和信息安全的目的是希望网络系统和系统中的数据实
现可管、可控、可信。
随着“棱镜门”、“监听门”等事件的出现，暴露出中国
在某些领域的核心技术的缺失， 为中国信息安全领域的布局敲
响了警钟。安全问题将成为未来网络的核心要素。随着国家信
息安全的重要性被提升到战略高度，信息安全建设已经成为刻
不容缓且必须大力投入的重点项目，从芯片级解决网络和信息
安全问题已经成为共识，真正做到“自主可控”对网络信息安
全有着更重要的意义。
半导体技术发展趋势
前述的ICT的市场、产品和技术发展趋势，对半导体尤其是
芯片设计提出了新的、更高的要求。芯片设计技术也需要不断
发展来适应和支撑ICT产业的更快发展。半导体技术有着以下一
些发展趋势。
1.软件定义化的芯片架构
ICT融合从SDN开始，并迅速呈现燎原之势。从SDN到软件定 的操作进行自动拆分，从而缓解单路DDR的带宽压力，有效提升
义存储（SDS），再到软件定义无线电（SDR），可以说ICT的融
合就是对原有专用设备和专用通信网络的通用化，软件定义化
的过程。如图5所示，ICT融合的最终结果使ICT融合的架构变成
基础通信硬件/专用集成电路（ASIC）+通用CPU。
表图35. 软光件电定复义合化缆发与展UP趋S建势设模式对比
和可软件化的ICT产品架构类似，芯片的架构也越来越向可
软件化方向发展，目前软件可定义化的可重构的芯片架构正在
成为主流。软件定义化的芯片架构本质上还是系统级芯片架构
（SOC），如图6所示。
50 网络电信 二零一五年九月
表图36. 软光件电可复定合义缆化与下UP的S建芯设片模架式构对比
软件定义化的芯片架构主要组成部分包括处理器、片上互
连、存储以及安全、通用的ICT功能模块和通用标准接口等。下
面简单介绍这些部分的发展趋势。
·处理器：处理器虚拟化能力将会进一步增强。
虚拟化是指在同一个物理处理器上提供多种软件执行环境
的技术。可在同一CPU上虚拟出安全和标准两种执行环境，未来
安全和通用双操作系统会是产品安全解决方案趋势之一。虚拟
监控程序是一种非中断方式实现工作负载迁移能力的超级管理
程序，它在执行时，会给每一个虚拟机分配适量的CPU、内存等
资源，并加载所有虚拟机的客户操作系统，可真正实现多操作
系统和应用共享同一套物理硬件，是虚拟化技术的核心。
·互连：总线互连向网络互连（NOC）、一致性互连发展。
随着处理器核和外设数量的增加，系统各个设备间的互联
变得越来越复杂，传统的总线 matrix的结构已经不能满足性
能、带宽的需求，正逐步向NoC网络结构发展。同时多核间的数
据一致性维护也对互连提出了新的需求，内置一致性维护模块
的互连网络可通过硬件方式保证各个节点间的数据一致性，同
时还减少了由于数据一致性所需的额外存储的访问，从而可以
为提高系统性能和降低系统功耗提供有力保障。
·存储：集中存储向多通道存储发展。
最新的双重数据比率（DDR 4）/低功率双重数据比率
（LPDDR 4）速度可以超过3200 Mbit/s。即使是这样的速度，
以往的集中式存储方式，依然会引起DDR访问数据的阻塞，这种
情况下，只能采用双通道DDR方式来提升存储带宽。双通道，
就是芯片可以在两个相互独立的数据通道上分别寻址、读取数
据，这在架构设计上不仅仅需要系统 中有两DDR控制器。通常
情况下，系统还需要有相应的interleave机制，来对访问DDR
系统性能。
·安全：数据安全向环境安全不断发展。
信息安全日趋重要，软件定义化的架构越来越注重安全设
计，安全已经不是普通意义上的数据加密，而是要构建安全的
执行环境。软件定义化架构安全设计的趋势是支持安全可信执
行环境（TEE）。通过系统架构上的硬件隔离、总线访问控制
构建可信区域，在硬件可信区域上实现软件隔离和安全操作系
统，在可信环境中管理敏感资产和密钥、执行关键应用，并集
成高性能的加解密算法。
·通用ICT功能模块：兼容通信功能，可软件定义。