DSP核心採用超長指令字（VLIW）體系結構，有8個功能單元、64個32bit通用暫存器。一個時鐘周期同時執行8條指令，運算能力可達到 4800MIPS（每秒百萬條指令），支持8/16/32/64bit的數據類型。兩個乘法累加單元一個時鐘周期可同時執行4組16×16bit乘法或8 組8×8bit乘法，每個功能單元在硬體上都增加了附加功能，增強了指令集的正交性。除此之外還增加了一些指令用以削減代碼長度和增加暫存器的靈活性。 TMS320C6416以後版本的主頻可升級到1.1GHz。
為使數據能保持對超快速DSP核心的供給，TMS320C6416採用了兩級超高速快取器，即16Kbyte的一級數據Cache、16Kbyte的一級程式Cache和1024Kbyte的數據和程式統一記憶體。為了達到更大的擴展，1024Kbyte記憶體中的256Kbyte存儲空間可設定用作二級Cache。
在記憶體和外設接口（EMIFA接口、EMIFB接口、HPI或PCI接口、McBSP串口、UTOPIA接口等）之間所有的數據傳輸都由EDMA來處理。 TMS320C6416的EDMA共有64個通道，每個通道的優先權都可程式設定，每個通道都對應一個專用同步觸發事件，使得EDMA可以被外設來的中斷、外部硬體中斷、其它EDMA傳輸完成的中斷等事件觸發，開始進行數據的搬移。EDMA完成一個完整的數據搬移後，可從通道傳輸參數記錄指定的連結地址處重新載入該通道傳輸參數。EDMA傳輸完成後，EDMA控制器可以產生一個到DSP核心的中斷，出可以產生一個中斷觸發另一個EDMA通道開始傳輸。
TMS320C6416的存儲器接口提供了到SDRAM、SBSRAM、異步器件如SRAM/ROM等存儲器的無終接口，也可連線到外部I/O器件。存儲器接口有EMIFA和EMIFB，其中EMIFA接口有64bit寬的數據匯流排，可連線64/32/16/8bit的器件；EMIFB接口有16bit寬的數據匯流排，可連線16/8bit的器件。一般情況下，EMIFA接口連線外部存儲器（如SDRAM），EMIFB接口連線外部I/O器件（如FPGA）。
HPI是一個16/32Bit寬的異步並行接口，外部主機通過它可直接訪問DSP的地址空間，也可向DSP載入程式。HPI接口支持16bit寬的數據匯流排和32bit寬的數據匯流排兩種模式，兩者均工作在異步從方式。
在TMS320C6416 中，增加了一個PCI接口，使得DSP很容易通過PCI接口無縫連線到一個具有PCI功能的外部主CPU上。PCI接口符合PCI2.2規範；具有PCI 主/從功能；支持32bit寬的地址和數據復用匯流排；工作頻率最高為33MHz；外部主機可通過PCI接口訪問DSP內部所有地址空間，向DSP載入程式；DSP也可通過該接口訪問外部PCI存儲空間。PCI接口和HPI接口共用相同的管腳，因此實際設計時兩者只能選一個。
在TMS320C6416 中，還增加了一個UTOPIA接口，它支持UTOPIA II規範，傳送數據匯流排和接收數據匯流排均為8bit寬，工作頻率最高可達50MHz。UTOPIA接口作為ATM控制器的從方，在ATM層器件和物理層器件之間提供了一個標準的硬體接口。由於TMS320C6416內部沒有專用的硬體模組處理ATM適應層功能，因此ATM適應層功能應該由DSP軟體來實現。
另外，TMS320C6416還有三個多通道緩衝串口（McBSP），工作頻率最高可達100MHz。其中McBSP1串口和UTOPIA接口復用，McBSP2串口和PCI的EEPROM接口復用，使用時要注意。
由於TMS320C6416採用了新型晶片製造工藝，I/O電壓為3.3V，核心電壓僅為1.2V。當時鐘頻率為600MHz時，DSP的最大功耗小於1.6W。
