5G 基础设施扩建是现在进行式,但我们仍处于成长曲线的初期阶段。中国是相关基础设施的领跑者,但北美和欧洲目前亦加速赶上;目前市场主要由五家第 1 级设备厂商主宰:Nokia、Ericsson、中兴通讯(ZTE)、华为和三星,至于规模较小的厂商现在也逐渐进入市场。
多亏开放式无线存取网络(),让小规模的厂商得以提供大规模多输入/多输出系统(MIMO)无线电单元或基频分布单元等解决方案,并且无须动用现今第 1 级厂商标配的端对端解决方案,例如处理核心对天线。
在这一方面,厂商有许多做出鉴别度的机会。目前的实作取决于市面上可用的硅芯片选项,多为价格昂贵且高耗电的现场可程序化门阵列 (FPGA) 或 x86 处理器。若以特殊应用集成电路(ASIC)作为替代方案,除了解决方案厂商自身的附加价值,还可提供更高的传输量、较低的耗电功率,以及较少的成本。
这方面的商机已相当成熟,我们可以看到5G价值链企业、半导体和收发器厂商、原厂设备制造商(OEM)、第 1 级厂商、原厂设计制造商(ODM),甚至是电信业者皆参与其中。各领域的厂商皆盼望在这波科技演进中掌握自身的命运。
为何 ASIC 较适合大规模 MIMO?
首先,请想想目前市面上可用于 Open-RAN 实作的分布单元(DU)/小型基地台组件。一般实作服务会以在 x86 平台运行的软件中的第 1 层实作为基础,并搭配一或多个 FPGA,主要用于加速前向错误更正。这项方法虽然弹性十足,但要是所有处理链和工作负载都在一般用途的处理核心上运行,效能扩充便会受限。大规模 MIMO 需要支持更多平行通道,使问题变得更加复杂。
现在想想 架构的无线电单元(RU)。这些单元通常是以专门用于波束成形的高阶且昂贵的FPGA,以及RF收发器的数字前端来进行实作。不过,现在的 5G 大型基地台预期要支持大规模 MIMO,因此需要更高层级的平行处理(亦即更多 FPGA)来管理更多信道。同样地,使用现有组件来扩充效能,将无法达到合理的成本或用电效率目标。
图一 : 比较传统 解决方案和 ASIC 解决方案
适用于大规模 MIMO 5G RAN 的 PentaG-RAN
CEVA目前已推出第二代的 PentaG-RAN 5G NR 基频调制解调器 IP 平台。此平台经过精心设计,得以满足大规模 MIMO RAN 装置所需的极致效能、延迟和功率需求,而且采用先进的向量和纯量 DSP 处理器,并加入多个经微调的 HW 加速引擎,提供完整的讯号路径内嵌加速。
首先谈谈 DU/小型基地站应用。与传统 COTS 解决方案不同,此平台可加速完整的讯号路径,同时仍保有 SDR 灵活性,让 OEM 得以自定义旁路计算,例如通道预估等。
此平台可进行全面性规模调整,从专用网络中的小型基地台部署,到支持大规模 MIMO 和虚拟 RAN 实作的全方位大型基地台都没问题。这项规模调整能力,来自于CEVA-XC16向量DSP集群,而软件控制支持则来自CEVA-BX2纯量处理器;此异质平台随附一套全方位的讯号路径加速器与共同处理器,以及丰富的 5G 软件 SDK 与链接库。
图二 : 适用于 5G DU/小型基地台的 PentaG2 RAN 平台
现在想想 Open RAN 无线电单元。适合此应用的 PentaG-RAN 平台搭载向量与纯量 DSP 处理核心,处理通道预估和波束成形等算法。同样地,多天线讯号路径所需的大规模运算能力已完全对应至硬件加速器,并且全程皆具备规模调整能力。丰富的软件链接库提供多种级别的矩阵运算,以便支持波束成形、预编码和其他操作。波束成形区块也可以嵌入不同的小芯片,方便 OEM 规划可调整规模的小芯片实作。
图三 : PentaG2 RAN 无线电平台
适用于大规模 MIMO Open RAN 的一站式 ASIC 设计
有许多客户乐于将我们的 IP 嵌入其设计。但我们也了解,进入此领域的 OEM厂商认为他们的价值在于软件、模块和系统服务,而未必在于 ASIC 设计。针对这点,我们透过 CEVA-Intrinsix 集团为客户提供一站式协同服务。
对于这类客户,我们可以设计和建置完整的 ASIC,最高可到实体实作签核和芯片测试。这项服务可从架构设计一路提供至实作导入,再搭配完整的软件堆栈执行。此服务为协同合作,就客户需求与客户进行密切合作,以针对目标应用建置优化功能组,并建议有哪些面向可进一步有鉴别度。
(本文作者Nir Shapira为CEVA公司业务发展总监)
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