DSP核心採用超长指令字（VLIW）体系结构，有8个功能单元、64个32bit通用暂存器。一个时钟周期同时执行8条指令，运算能力可达到 4800MIPS（每秒百万条指令），支持8/16/32/64bit的数据类型。两个乘法累加单元一个时钟周期可同时执行4组16×16bit乘法或8 组8×8bit乘法，每个功能单元在硬体上都增加了附加功能，增强了指令集的正交性。除此之外还增加了一些指令用以削减代码长度和增加暂存器的灵活性。 TMS320C6416以后版本的主频可升级到1.1GHz。

为使数据能保持对超快速DSP核心的供给，TMS320C6416採用了两级超高速快取器，即16Kbyte的一级数据Cache、16Kbyte的一级程式Cache和1024Kbyte的数据和程式统一记忆体。为了达到更大的扩展，1024Kbyte记忆体中的256Kbyte存储空间可设定用作二级Cache。

在记忆体和外设接口（EMIFA接口、EMIFB接口、HPI或PCI接口、McBSP串口、UTOPIA接口等）之间所有的数据传输都由EDMA来处理。 TMS320C6416的EDMA共有64个通道，每个通道的优先权都可程式设定，每个通道都对应一个专用同步触发事件，使得EDMA可以被外设来的中断、外部硬体中断、其它EDMA传输完成的中断等事件触发，开始进行数据的搬移。EDMA完成一个完整的数据搬移后，可从通道传输参数记录指定的连结地址处重新载入该通道传输参数。EDMA传输完成后，EDMA控制器可以产生一个到DSP核心的中断，出可以产生一个中断触发另一个EDMA通道开始传输。

TMS320C6416的存储器接口提供了到SDRAM、SBSRAM、异步器件如SRAM/ROM等存储器的无终接口，也可连线到外部I/O器件。存储器接口有EMIFA和EMIFB，其中EMIFA接口有64bit宽的数据汇流排，可连线64/32/16/8bit的器件；EMIFB接口有16bit宽的数据汇流排，可连线16/8bit的器件。一般情况下，EMIFA接口连线外部存储器（如SDRAM），EMIFB接口连线外部I/O器件（如FPGA）。

HPI是一个16/32Bit宽的异步并行接口，外部主机通过它可直接访问DSP的地址空间，也可向DSP载入程式。HPI接口支持16bit宽的数据汇流排和32bit宽的数据汇流排两种模式，两者均工作在异步从方式。

在TMS320C6416 中，增加了一个PCI接口，使得DSP很容易通过PCI接口无缝连线到一个具有PCI功能的外部主CPU上。PCI接口符合PCI2.2规範；具有PCI 主/从功能；支持32bit宽的地址和数据复用汇流排；工作频率最高为33MHz；外部主机可通过PCI接口访问DSP内部所有地址空间，向DSP载入程式；DSP也可通过该接口访问外部PCI存储空间。PCI接口和HPI接口共用相同的管脚，因此实际设计时两者只能选一个。

在TMS320C6416 中，还增加了一个UTOPIA接口，它支持UTOPIA II规範，传送数据汇流排和接收数据汇流排均为8bit宽，工作频率最高可达50MHz。UTOPIA接口作为ATM控制器的从方，在ATM层器件和物理层器件之间提供了一个标準的硬体接口。由于TMS320C6416内部没有专用的硬体模组处理ATM适应层功能，因此ATM适应层功能应该由DSP软体来实现。

另外，TMS320C6416还有三个多通道缓冲串口（McBSP），工作频率最高可达100MHz。其中McBSP1串口和UTOPIA接口复用，McBSP2串口和PCI的EEPROM接口复用，使用时要注意。

由于TMS320C6416採用了新型晶片製造工艺，I/O电压为3.3V，核心电压仅为1.2V。当时钟频率为600MHz时，DSP的最大功耗小于1.6W。