一．概述
正在形成的下一代网络(NGN)体系结构将我们带到了集合多媒体业务的新世界。到那时，网络设备供应商会致力于开发下一代（NGN）VoP网关和综合业务中心局（CO）交换机。同时，网络供应商正急于寻找方法改善客户关系和增加能带来收益的业务，并降低成本。用来建立下一代网关和交换机的下层硅半导体技术决定了这些系统成本、容量、可升级能力和总体性能。本文讨论了硅半导体技术的发展，以及利用专用集成电路（ASIC）和现场可编程阵列（FPGA）降低成本、优化系统性能的问题。
二．十年来通信技术的变化
在过去的十年中，通信工业发生了令人瞩目的变化，并且仍然会快步向前发展。直到二十世纪九十年代，话音通信仍然占网络通信量的大部分。PSTN主要以网络接入交换机为基础，出于当时的需要，这些交换机只支持话音业务和以语音为中心的网络优化业务。
随着因特网业务的普及，与传统电信业务供应商形成竞争、替代局面的新业务供应商看到了重大的机会：利用通过包网络传送话音(VoP)业务取代分离的话音/数据网业务。VoP技术最初主要用于长途旁路。在过去的两年里，VoP网络的发展势头明显加快，通过宽带网传送话音的接入网关正在推广，利用VoP本地网关代替传统中心局交换机的机会也已出现。图1用图例说明了VoP在交换机替换、长途旁路和接入网关方面市场的分块大小以及对末来的预测。
虽然对大型VoP网关和交换设备的需求在持续增长，但是网络运营商仍要面对通信发展史上最大的经济挑战。这就驱使系统构筑师、设计师和工程师寻找方法来提高系统性能和可升级能力，同时降低成本。今天，硅半导体技术的进步大大提高了集成度，为VoP网关开发商带来了新的机会。
1．传统DSP和RISC处理器的实现
二十世纪九十年代中期，系统开发商利用当时的半导体技术开发出第一代VoP 网关，当时可用的半导体技术主要是数字信号处理器(DSP)和通用微处理器，通用微处理器主要是RISC（reduced
instruction set computing 精简指令集）处理器。在当时，DSP有多家大供应商，它在实现VoP网关中完成两个主要功能：回声抑制和语音压缩。
回声抑制和语音压缩的处理需要进行大量的精确的信号变换，这对定点DSP 最合适不过了。由于这些早期网关的容量非常小，DSP能轻松处理这些工作量，并能满足工业标准发展所提出的VoP新业务的要求。
图2画出了第一代VoP网关典型的基于处理器的实现框图，图中利用通用DSP"场"来实现所有具体的DSP功能，利用通用RISC处理器来打包、汇聚和分发/路由寻找。（请参看补充材料＜VoP技术＞一文）。
图2 第一代VoP网关的内部结构
随着VoP网关规模的扩大和产量的增加，系统供应商利用更多的DSP来增大VoP网关容量，导致了VoP网关容量的持续扩大，同时也引发了更高密度的DSP
技术的开发。其间，由于推出了复杂的压缩算法，也由于网络复杂性的加大而导致数据延时加大，最终要求回声抑制来支持不断加大的延迟，这一切都加重了DSP的工作量。另外，使用标准的现有处理器去作汇聚处理也明显是越来越艰难，并常常成为了系统发展的瓶颈。
到二十世纪九十年代末，因特网的数据流量很快就赶上了语音的数据流量，并很快就超出了它。这标志着将来的网络会是一个共同的、唯一的、普遍存在的，同时支持语音和数据通信的网络。
受到成指数级增长市场的诱惑，很多公司看到机会怱忙起动，希望生产出新的半导体元件来战胜语音打包、压缩和回声抑制方面的挑战，以降低VoP方案的成本。这种半导体元件专门针对VoP的要求，并且主要是要代替VoP原先使用的DSP和通用RISC微处理器。
这种新型半导体元件被叫作语音处理器(VP)，它不是技术创新成果，而只是传统DSP核心和通用RISC处理器在一个或两个硅片上的重新包装和集成。DSP核心完成VoP的压缩、回声抑制和各种信号处理任务，而RISC处理器完成VoP的汇聚和打包处理。
图3是一个VP核心处理技术的内部框图。虽然VP在结构上和第一代VoP相似，但VP是集成在单一的芯片或芯片组上的。
图3 用VP实现的VoP网关的内部结构
生产VP的集成技术使得设备供应商能生产比用第一代技术更高密度的VoP网关，此外，用这种新的半导体元件比用传统的DSP和RISC实现VoP网关具有更低的成本。
然而，VP也有一些严重的不足，第一个缺点是没有全面考虑大型VoP网关的扩容升级能力。VP只能为小型网关提供固定的高容量(最多达几百个端口)，若要实现处理数千个端口的网关，必须用专用线路连接多个VP来组成。
另外，由于VP元件的生产不能使用最新的芯片制造技术，VP降低成本的优势并没有理想中那么大。而DSP和RISC处理器的情况完全不同，由于很多应用（如蜂窝电话）都在使用DSP和RISC处理器，它们的市场容量很大，这使得制造商有条件采用最新的半导体技术来生产这些芯片，以降低成本和增加利润，制造商通过采用这样的先进制造技术，抵消了一部分VP的综合优势。这些新的处理芯片的另一个重要不足是：VP技术还非常年幼，可用的软件受到很多功能性限制。要把VP和DSP混合使用，或用VP取代DSP，VP却又和原来基于DSP的系统不兼容。当VP用户使用VP去开发新的功能时，他们又不能在原先基于DSP并已经过验证的代码上进行开发，而是必须在VP供应商的全新平台里进行重新开发。由于这种种原因，许多设备供应商对在系统中应用VP持谨慎或保守反对的态度。
VoP技术，包括VoIP和VoATM，现在已为大众所接受，并已有了明确的标准所支持。VoP网关也不再只是用于长途旁路的小设备，而已经成为下一代通信网基础设施的一部分，这些大型网关对底层技术提出了新的要求，在这些网关中，对语音流的打包、汇聚、分发、路由寻找和控制所附加的处理量会非常庞大，用原来的DSP技术难以处理。
为了克服这些困难，新的NGN网关设计时使用了专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。ASIC和FPGA在大容量高密度的应用中已经被证明是可以降低成本和提高性能的技术。ASIC目前应用于许多通信设备之中，象路由器、交换机都用到了ASIC。在ATM信元处理方面，ASIC也是一个很好的选择。3G无线的语音编码器也将会采用基于ASIC的协处理器引擎，这使得NGN网关只需要很少量的基于DSP
的语音处理。
由于ASIC/FPGA技术是一种定制设计技术，不会轻易更改，主要是因为从设计到投放市场需要不短的周期。这使得最适合用ASIC定做的是成熟的、充分定义的、反复使用不会频繁更改的功能。在VoP网关中使用ASIC的目的是实现打包、回声抑制和压缩功能，减轻DSP/RISC的负荷，而不是替换它们。
这样产生的混合技术在应用于高密度、大容量系统时，在降低成本、增加密度和减少功耗方面获得最好的综合性能。由于这种技术沿用了DSP/RISC技术，所以能满足灵活多样的功能要求，这是使用VP联合处理器所不能得到的。这种技术还支持专用的和有特色的开发商自定义功能，并允许新功能的快速添加。
图5画出了这种技术实现的VoP系统框图。图中专用ASIC/FPGA引擎提供打包、汇聚、压缩和回声抑制功能。而DSP则用于信令功能，如音频信号的接收和生成，DSP还用于开发商自定义功能。
图5 用ASIC／FPGA实现的VoP网关的内部结构