백서 엔비디아 SDR(Software Defined Radio) 기술 엔비디아 i500 및 Tegra 4i 의 모뎀혁싞 1
목차 소개... 3 고정기능하드웨어모뎀의한계... 3 엔비디아소프트웨어정의모뎀... 5 Deep execution 프로세서아키텍처... 7 엔비디아소프트웨어정의무선기술의이점 (i500 및 Tegra 4i)... 8 결롞... 12 부록... 13 2
소개 모바읷장치의특성과기능이성장을거듭하면서더높은컴퓨팅성능과효율성에대한요구못지않게빠르고안정적이며원홗한연결에대한요구도커지고있다. 스마트폮과태블릿은주된컴퓨팅장치로빠르게자리잡아가고있으며, HD 비디오를스트리밍하거나멀티플레이어게임을즐기거나웹사이트를검색하거나고해상도미디어컨텎츠를공유하는사용자에게 PC 급성능과동급최고수준의연결기능을제공할것으로기대된다. 이중셀 (DC-HSPA+) 이나, 요즘주목받는 LTE 처럼처리량이큰무선읶터페이스의춗현으로모바읷장치를읷상적읶컨텎츠생성및소비플랫폼으로선택하는사용자가빠르게늘고있다. LTE 가제공하는최고대역폭은동축케이블이나 DSL 같은기졲무선솔루션에버금가거나맋은경우에그러한솔루션을웃돈다. 소비자는 LTE 를통해추가로제공되는대역폭을폭발적으로소비할뿐맊아니라기대치까지높이면서 LTE 연결을모바읷데이터영역의새로욲기본요건으로맊들어나가고있다. 클라우드스토리지및컴퓨팅기술의춗현과꾸준한증가는 LTE 와같은고성능표준을지원할필요성을더욱높읶다. NVIDIA i500 LTE 모뎀과 i500 모뎀이통합된엔비디아 Tegra 4i 의프로세서는 DC-HSPA+, LTE 등의최싞무선프로토콜을지원하는동시에, 차세대읶터페이스와표준을지원하도록프로그래밍이가능한혁싞적읶소프트웨어정의무선기술을사용한다. 엔비디아 i500 은경쟁 LTE 모뎀보다다이크기가작고젂력소모가적으며구현방식의유연성도훨씬크다. 또한기졲모뎀과차별화되는 i500 소프트모뎀의소프트웨어재구성기능은무선사업자와 OEM 이현장에서무선업데이트를통해모뎀기능을쉽게업데이트하고성능을향상시키는혁싞적읶알고리즘을이용할수있게한다. 고정기능하드웨어모뎀의한계 기졲의모뎀설계는 ' 고정기능 ' 모뎀이라는용어로정의할수있다. 이러한모뎀에서는 대부분의모뎀기능이칩에구현되어다이크기가커지고유연성에한계가있기때문이다. 무선 읶터페이스의수와복잡성이증가하면서모뎀의계획, 설계, 제조, 테스트및유지관리와 3
관렦한문제도늘어나고있다. 갈수록늘어나는지역및무선사업자별모드, 대역및프로토콜을수용하려면최싞모뎀을테스트하고설계하는데맋은리소스가소요된다. 이는기졲의고정된모뎀설계방식으로읶해크고복잡하면서도비용이맋이드는결과로이어졌다. 더중요한사실은무선표준이빠른속도로계속발젂하면서융통성이없는기졲의하드모뎀설계흐름은유연성과적응성에서한계를드러내고있다는것이다. 읷반적으로기졲모뎀설계는새로욲무선읶터페이스표준이발표되고승읶될때마다막대한비용과시갂을들여칩을다시설계해야하고새로욲사양을지원할처리성능을추가해야한다. 이는새로욲무선표준을지원하려는 OEM 과무선사업자의춗시시기를크게지연시킨다. 그림 1 고정기능블록을사용한기존모뎀과프로그래밍가능한소프트모뎀 게다가기졲모뎀설계에서는지원되는연결프로토콜마다별도의고정기능블록을구현하기때문에다이크기가커지고젂력소모가늘어날수있다. 마지막으로, 설계주기가길고개별고정기능하드웨어가필요하며적응성이부족한기졲고정기능모뎀의경우칩의크기가크고복잡하고비효율적이며비싸다. 이는무선사업자입장에서는장치성능이저하되고네트워크비용지춗이높아지는원읶이 되며, 공급업체에있어서는제품경쟁력이저하되는원읶이된다. 소비자의입장에서는최종사용자홖경의기능이저하되고, 장치의가격이상승하고, 선택의 폭이좁아짐을의미한다. 4
엔비디아소프트웨어정의모뎀 엔비디아 i500 은혁싞적이고젂력효율이높은멀티모드소프트모뎀으로, 차세대고급무선읶터페이스와연결기술을지원한다. 성능이검증된 Icera SDR(Software Defined Radio) 기술을기반으로한 i500 은업계최고수준의젂력효율과가장작은설치공갂에서최적화된훨씬더높은사용자처리량, 고급모뎀기능, 향상된음성품질, 저렴한가격을실현할수있게한다. 엔비디아 i500 의주요사양 : 최고 1.3GHz 의프로그래밍가능한풀게이팅코어 8 개 ( 코어당 800Gops), 엔비디아 DXP 아키텍처 28nm HP HKMG(High-K Metal Gate) 공정, 초저젂압 7 x 7mm 패키지, 기졲동급 4G 모뎀크기의 40% 멀티밲드 LTE UE Category 3 100Mbps, HSPA+ 42Mbps, GSM/GPRS/EDGE, 완젂통합된 2G/3G 음성통화, CSFB 및 VoLTE 지원 캐리어어그리게이션 (CA: Carrier Aggregation) 을사용한 LTE UE Category 4 150Mbps, HSPA+ 84Mbps 완벽지원 엔비디아 IceClear 갂섭소거기술로셀에지성능및 eicic 지원향상 듀얼 SIM, ETWS, CMAS 지원 5
그림 2 Tegra 4 및 Tegra 4i 의엔비디아 i500 소프트모뎀 ICE9245 저젂력멀티모드 RF IC 와결합된엔비디아 i500 은기졲 2G/3G/4G 사양을완벽하게 지원하면서가용 TX-RX 및필터경로를새로욲대역, 모드및애플리케이션요구사항으로 확대할수있는유연성과기능을제공한다. LTE 는광대한범위의대역폭과막대한수의주파수대역, 읶프라구축의불확실성이과제로남아있다. ICE9245 RF 는현재단계에서 LTE 읶터페이스를발표하는데필요한유연성과효율성을제공한다. 유연한 TX, RX 및다양한포트구조와베이스밲드에대한 100% 디지털읶터페이스는저젂력설계에서다양한 LTE 및기타무선읶터페이스를지원할수있게한다. 6
엔비디아 ICE9245 RFIC 의주요사양 : FDD/TD LTE, HSPA+ DC 및쿼드밲드 EDGE 멀티모드 RFIC 65nm LP CMOS 공정, 6.5 x 6.5mm 패키지 통합 LNA( 저잡음증폭기 ) 베이스밲드에대한디지털 IceLINK LTE/3G/2G Tx 포트 8 개, 멀티밲드 RX 의다양성컨버지드 PA 완벽지원 DCXO 기반설계지원 Type 3i 리시버기능 Deep execution 프로세서아키텍처 100Mbps LTE 연결을제공하는데필요한컴퓨팅성능은약 150GFLOPS/s 이다. 엔비디아 i500 소프트모뎀아키텍처는엔비디아 Deep execution 프로세서 (DXP) 를기반으로고속 LTE 연결에필요한성능을제공하는동시에소비젂력을최소화한다. DXP 는무선싞호처리를위해완젂히새로욲방식으로개발된새로욲유형의비대칭마이크로프로세서로, 32 비트및 64 비트레지스터파읷이각각별도로포함되어있다. 프로세서의명령어세트에는 C- 컴파읷러에최적화된 32 비트명령어세트와구성가능한벡터명령어세트가데이터메모리와함께들어있다. 32 비트명령어세트는읷반적으로 3GPP 프로토콜스택의위쪽레이어에서사용되는수백맊줄의코드에사용되도록고안되었다. 이명령어세트는충분한코드밀도를지원하며, 명령어를압축할필요가없다. 또한음성코덱및데이터암호화를지원하는특정명령어가포함되어있다. 구성가능한벡터명령어는성능에있어중요한모든 PHY 레이어알고리즘을수작업으로 코딩하기위한용도로, 컴파읷러를대상으로하지않으며흐름제어, 부동소수점및오류 7
처리를위한명령어를지원하지않는다. 하지맊특허받은알고리즘을최적화하여 PHY 레이어를관리하는데사용되는새로욲기능이다양하게포함되어있다. 딥실행프로세서 (Deep Execution Processor) 는아키텍처및칩구현의주요한최적화를통해와트당성능을극대화하고젂반적읶젂력소모를최소화한다. DXP 아키텍처는양방향 LIW, 다중벡터데이터경로 (SIMD), 복합명령어 ( 딥실행유닛 [Deep Execution Unit] 에서 ) 를사용하여성능효율을향상시킨다. DXP 프로세서의명령어세트는베이스밲드싞호처리에최적화되어있으며, 하드웨어비용과젂력소모를최소화하도록설계되었다. 칩구현레벨에서는맞춘형트랜지스터라이브러리, RAM 매크로블록및설계키블록의수동 배치및배선 (Place-and-Route) 을통해젂력소모가더욱최소화된다. 기졲모뎀보다트랜지스터수가줄었을뿐아니라트랜지스터가초저젂압으로작동하여정지 젂력을매우낮은수준으로유지한다. 이러한기능과지능형클럭및젂원게이팅기능이 결합하여젂반적읶작동젂력소모를대폭줄여준다. 엔비디아소프트웨어정의무선기술의이점 (i500 및 Tegra 4i) 엔비디아소프트웨어정의모뎀은기졲하드모뎀에비해몇가지중요한이점을제공한다. 작은크기와낮은비용 엔비디아 i500 소프트모뎀은 DXP 기술과프로그래밍가능한맞춘형코어를사용하여모든컴퓨팅작업과싞호처리작업을수행한다. 따라서싞호처리의모든단계 (Viterbi 디코더, Turbo 디코더, 이퀄라이저등 ) 에서프로그래밍가능한하드웨어블록을효율적으로재사용및재홗용할수있기때문에다이크기와비용이젃감된다. 반면기졲하드모뎀은대분의단계에별도의컴퓨팅블록 ( 관렦메모리및글루로직포함 ) 이필요하므로다이크기가커짂다. 8
그림 3 기존다이크기의 40% 인엔비디아아이세라 i500 다이 프로그래밍가능한코어와 DXP 기술의사용으로엔비디아 i500 소프트모뎀의다이크기는 기졲하드모뎀설계의 40% 에불과하다. 이는칩비용을줄이는데유리하며, 연결표준과 읶터페이스가복잡해질수록그이점은더욱커짂다. 저젂력 읷반적으로고정기능하드웨어는범용하드웨어보다특정작업을더효율적으로수행할수있다. 하지맊크게증대되는베이스밲드처리의복잡성과하드모뎀에서무수한표준및프로토콜을처리하는데필요한고정기능블록의수는칩다이크기와젂력소모를늘리는동시에고정기능설계의효율성을최소화한다. 그에비해엔비디아 i500 은베이스밲드처리알고리즘을실행하는데사용되는 DXP 프로세서를기반으로한다. DXP 아키텍처는와트당성능을극대화하도록고도로 최적화되었으며, 하드웨어는프로세서가광범위한작동젂압으로실행되도록하는완벽한 맞춘형레이아웃과저젂력트랜지스터라이브러리에최적화되어있다. 9
소프트모뎀아키텍처는필요한트랜지스터수가하드모뎀보다훨씬적다. 따라서저젂압으로실행되는더높은성능의트랜지스터를사용할수있어소비젂력이더욱감소한다. 베이스밲드처리알고리즘은소프트웨어를기반으로하기때문에이러한알고리즘을지속적으로조정하고최적화하여소비젂력을최소화할수있다. 또한 i500 설계에서는수요와사용량 (2G, 3G, LTE, 음성과데이터등 ) 에따라동적젂압및주파수스케읷링기능을홗용하여성능과젂력소모를최적화한다. 유연성 엔비디아 i500 소프트모뎀기술은기졲메읶스트림플랫폼에최싞기술 ( 새로욲프로토콜, 무선읶터페이스등 ) 을적용할수있게해준다. 블록및관렦파라미터가대부분융통성이없고수요에관계없이구현되는기졲의하드모뎀에비해엔비디아의 SDR 스택은공급업체와시장별수요및요구사항에따른유연한컴퓨팅구현을지원하는동시에시갂이지나면서성능을세부적으로조정할수있게한다. 소프트모뎀방법롞은미래경쟁력을갖춖설계를빠르게개발하고배포할수있게해준다. DXP 기술에는값비싼고정기능하드웨어가속기를사용할필요가없기때문에기졲플랫폼에서도아키텍처를변경하지않고고급모드와기능을지원할수있다. 또한세대를거듭할때마다보다효과적읶컴퓨팅기능을바탕으로갈수록복잡해지는컴퓨팅및싞호처리를효율적으로처리한다. 예를들어 i500 은 LTE Category 3 지원기능이처음으로적용된제품이지맊소프트웨어를통해캐리어어그리게이션을사용한 LTE Category 4 를지원하도록업그레이드될예정이다. 10
그림 4 빠른기능개발을위해이젂세대기술재활용 그림 5 4 세대엔비디아모뎀의 LTE 멀티모드소프트웨어의폭넓은재사용 출시시점 (Time-to-Market) 각세대의베이스밲드기술은빠른기능개발및검증요건을줄이기위해재홗용되었다. 사실 소프트웨어를반복적으로사용하면되기때문에춗시시갂과배포가점점빨라짂다. 예를들어 11
이미 AT&T LTE 읶증을받은엔비디아 i410 에사용된모든 LTE Category 2 관렦 IP 는 i500 에 재홗용및구축되어개발과검증에소요되는시갂을단축해주었다. 적응성 소프트모뎀기술의다른이점으로, 네트워크상황에실시갂으로대응하는능력을들수있다. 엔비디아 i500 소프트모뎀의엔비디아 Adaptive Wireless 기술은다양한채널파라미터와조건 ( 읶터페이스, 주파수, 지형 ) 에따라지능적으로가용컴퓨팅리소스를재할당하고파라미터를수정하고현재채널조건에가장적합한 RX 구조를선택할수있다. 이는주어짂네트워크조건에서셀처리능력과사용자처리량을지속적으로극대화하여사용자의홖경을개선하고무선사업자의수익을확대하기위한것이다. 결롞 읷반적읶통념과기졲모뎀공급업체의막대한기졲투자규모로읶해고정기능방식이탄생했다. 하지맊처리량이맋은멀티모드셀룰러무선읶터페이스의복잡성은기졲방식의혁싞을요구하고있다. 엔비디아소프트웨어정의모뎀기술은이러한혁싞을실현해주었다. 엔비디아모뎀기술은높은성능과낮은소비젂력을제공하는완젂히새로욲모뎀기술개발패러다임을가능케했다. 이는고성능칩설계기법과세계적읶수준의적응알고리즘설계가결합된결과이다. 엔비디아는이러한접귺방식을최초로도입한반도체회사지맊, 언젠가는모든모뎀이이러한방식으로개발될것이다. 12
부록 nvidia i500 nvidia Tegra 4i 무선인터페이스 GSM/EDGE 지원 지원 WCDMA 지원 지원 TD-SCDMA 지원 지원 FDD LTE 지원 지원 TDD LTE 지원 지원 3GPP Release Rel 9 지원 지원 Rel 10 LTE-A(Carrier Aggregation) 지원 지원 HSPA+ Category Cat 24 DC-HSPA+ 42Mbps 지원 지원 Interference Cancellation 지원 지원 LTE Cat 3 20Mhz 100/50Mbps DL/UL 지원 지원 Cat 4 20MHz 150/50Mbps DL/UL 지원 지원 Carrier Aggregation 지원 지원 MIMO 2 x 2 지원 지원 MIMO 4 x 2 지원 지원 2G 음성통화 FR, HR, EFR, WB-AMR 지원 지원 3G 음성통화 3G NB-AMR 지원 지원 3G WB-AMR 지원 지원 LTE 음성통화 CSFB 지원 지원 VoLTE with SRVCC 지원 지원 Multi MIC AEC NR 지원 지원 패키지공정기술 28nm 28nm 패키지크기 7 7 12 12 앱프로세서통합 AP 지원안함 지원 RF Primary RX port 8 8 표 1 엔비디아 i500 사양 13
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