Ericsson Radio Systems har utvecklat en serie digitala signalprocessorer som optimerats för mobiltelefoni. De är billiga, flexibla, effektsnåla och snabba, mycket tack vare den parallella arkitekturen.

Nu skall nykomlingarna knuffa ut standard-DSP-kretsar ur Ericssons basstationer.

- Det är billigt, det är effektsnålt, det är flexibelt.

Claes Hammar, asicexpert på Ericsson Radio Systems, räknar snabbt upp en rad fördelar med de egenutvecklade DSP-kärnor som tagits fram på företagets mikroelektronikcentrum. Målet är att kärnorna, en serie färdiga byggblock för digital signalbehandling, skall ta plats i asicarna i Ericssons framtida basstationer.

Och listan över fördelar kan göras längre.

- Kärnorna kan flyttas mellan olika kiselprocesser och vi blir inte bundna till en viss leverantör. Dessutom har vi anpassat kärnorna till vårt eget konstruktionsflöde, säger Claes Hammar.



Upp till 20 kärnor i samma asic


Mikroelektronikcentrumet erbjuder idag runt 20 färdiga byggblock för digital signalbehandling, byggblock som kan pusslas ihop till önskad DSP-arkitektur. Tanken är att ett antal kärnor - kanske upp till 20 stycken - skall samsas på en och samma asic.

På så vis kan ett stort antal digitala signalprocessorer tugga parallellt, ett viktigt plus inom mobiltelefoni som ju kräver mycket digital signalbehandling.

Den första kretsen med egenutvecklad DSP-kärna har redan sett dagens ljus, krets nummer två släpps snart till tillverkning. Claes Hammar berättar att ytterligare fem till tio projekt visat stort intresse, men de ligger fortfarande i förstudiefasen.



Idén föddes 1993


Idén till de Ericssonspecifika kärnorna föddes redan 1993. Då hade Ericssons basstationsutvecklare testat standard-DSPer såväl som den hårdare metoden - att koda algoritmerna direkt i kisel.

Båda alternativen hade nackdelar. Standardkretsarna var dyra medan de hårdkodade algoritmerna blev extremt oflexibla.

- I det läget hade vi två möjligheter: att utveckla asicar med inköpta standard- DSP-kärnor eller med egna DSP-kärnor som optimerats för vår specifika tillämpning - mobiltelefoni, berättar Claes Hammar.

Valet föll alltså på att utveckla skräddarsydda DSP-kärnor i form av syntetiserbar VHDL-kod. Genom att specialanpassa allt för mobiltelefoni minimeras effektförbrukning såväl som yta.



Kan flyttas till nya processer


Ericsson kan dessutom dra nytta av den snabba kiselutvecklingen genom att flytta byggblocken till nya processer allt eftersom geometrierna krymper. Och DSP- lösningen blir flexibel - vill man införa nya funktioner ändrar man i programvaran.

När man väl dragit upp riktlinjerna gick det snabbt.

- På ett år utvecklade vi både kärnor och verktyg, säger Magnus Jacobsson som var projektledare för den femhövdade utvecklingsgruppen.

Gruppen hade tre metoder för att vässa prestandan: instruktionsuppsättningen optimerades för mobiltelefoni, man satsade på parallella beräkningsenheter och ägnade mycket omtanke åt minneshanteringen. Den höga graden av parallellism påminner faktiskt om andra parallella kretsarkitekturer som lanserats av ledande DSP-leverantörer under året med sikte just på telekommarknaden.



Få och enkla Instruktioner


Ericssonkärnorna bygger på få, enkla instruktioner. Genom att köra upp till fyra sådana instruktioner parallellt får man ändå en kraftfull instruktionsuppsättning.

Alla operationer opererar direkt på register, vilket höjer prestandan. Ericssonkonstruktörerna valde en ganska kort pipeline med endast tre steg. En kort pipeline sinkar visserligen prestandan men är lätt att implementera och gör dessutom livet lite lättare för programmerarna.

Hårdvaran är naturligtvis inte allt. Gruppen lade också mycket krut på verktyg för programvaruutveckling. I verktygssviten hittar man i princip allt man kan förvänta sig, exempelvis assemblerare, länkare och simulator med funktioner för felsökning.



Fler Mips per dollar


Hur mäter sig då prestandan jämfört med kommersiella DSP-kretsar?

Både Claes Hammar och Magnus Jacobsson drar lite på svaret. De har visserligen OH-bilder som visar att de egna alstren står sig mycket väl vid en jämförelse, främst tack vare att man kan placera så många kärnor på en enda asic. Men de vill helst inte skryta om Mips - antalet miljoner instruktioner per sekund - på samma sätt som branschens DSP-leverantörer ofta gör.

- Vi har fler Mips per dollar, kan Magnus Jacobsson i alla fall sträcka sig till att säga.

Arbetet med DSP-blocken är på intet sätt avslutat, utan går vidare i en ny fas.

- Nu skall vi stödja de projekt som bestämmer sig för att använda kärnorna. Under nästa år kommer vi förmodligen göra ett antal sådana här kretsar och vid behov kan vi även utveckla nya byggblock, säger Magnus Jacobsson.

Och han har Ericssons ledning i ryggen. Gruppen har fått garantier om att de egenutvecklade kärnorna är här för att stanna - något som är viktigt för att olika projekt skall våga ta till sig nykomlingarna. Kärnorna är alltså numera godkända för att användas i Ericssons basstationer.

Charlotta von Schultz