5G 基礎設施擴建是現在進行式,但我們仍處於成長曲線的初期階段。中國是相關基礎設施的領跑者,但北美和歐洲目前亦加速趕上;目前市場主要由五家第 1 級設備廠商主宰:Nokia、Ericsson、中興通訊(ZTE)、華為和三星,至於規模較小的廠商現在也逐漸進入市場。
多虧開放式無線存取網路(Open RAN),讓小規模的廠商得以提供大規模多輸入/多輸出系統(MIMO)無線電單元或基頻分布單元等解決方案,並且無須動用現今第 1 級廠商標配的端對端解決方案,例如處理核心對天線。
在這一方面,廠商有許多做出鑑別度的機會。目前的實作取決於市面上可用的矽晶片選項,多為價格昂貴且高耗電的現場可程式化閘陣列 (FPGA) 或 x86 處理器。若以特殊應用積體電路(ASIC)作為替代方案,除了解決方案廠商自身的附加價值,還可提供更高的傳輸量、較低的耗電功率,以及較少的成本。
這方面的商機已相當成熟,我們可以看到5G價值鏈企業、半導體和收發器廠商、原廠設備製造商(OEM)、第 1 級廠商、原廠設計製造商(ODM),甚至是電信業者皆參與其中。各領域的廠商皆盼望在這波科技演進中掌握自身的命運。
為何 ASIC 較適合大規模 MIMO?
首先,請想想目前市面上可用於 Open-RAN 實作的分布單元(DU)/小型基地台元件。一般實作服務會以在 x86 平台運行的軟體中的第 1 層實作為基礎,並搭配一或多個 FPGA,主要用於加速前向錯誤更正。這項方法雖然彈性十足,但要是所有處理鏈和工作負載都在一般用途的處理核心上運行,效能擴充便會受限。大規模 MIMO 需要支援更多平行通道,使問題變得更加複雜。
現在想想 Open RAN 架構的無線電單元(RU)。這些單元通常是以專門用於波束成形的高階且昂貴的FPGA,以及RF收發器的數位前端來進行實作。不過,現在的 5G 大型基地台預期要支援大規模 MIMO,因此需要更高層級的平行處理(亦即更多 FPGA)來管理更多通道。同樣地,使用現有元件來擴充效能,將無法達到合理的成本或用電效率目標。
![圖一 : 比較傳統 Open RAN 解決方案和 ASIC 解決方案](/art/2022/11/272142137360/p1S.JPG)
圖一 : 比較傳統 Open RAN 解決方案和 ASIC 解決方案 |
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適用於大規模 MIMO 5G RAN 的 PentaG-RAN
CEVA目前已推出第二代的 PentaG-RAN 5G NR 基頻數據機 IP 平台。此平台經過精心設計,得以滿足大規模 MIMO RAN 裝置所需的極致效能、延遲和功率需求,而且採用先進的向量和純量 DSP 處理器,並加入多個經微調的 HW 加速引擎,提供完整的訊號路徑內嵌加速。
首先談談 DU/小型基地站應用。與傳統 COTS 解決方案不同,此平台可加速完整的訊號路徑,同時仍保有 SDR 靈活性,讓 OEM 得以自訂旁路計算,例如通道預估等。
此平台可進行全面性規模調整,從專用網路中的小型基地台部署,到支援大規模 MIMO 和虛擬 RAN 實作的全方位大型基地台都沒問題。這項規模調整能力,來自於CEVA-XC16向量DSP集群,而軟體控制支援則來自CEVA-BX2純量處理器;此異質平台隨附一套全方位的訊號路徑加速器與共同處理器,以及豐富的 5G 軟體 SDK 與程式庫。
![圖二 : 適用於 5G DU/小型基地台的 PentaG2 RAN 平台](/art/2022/11/272142137360/p2S.JPG)
圖二 : 適用於 5G DU/小型基地台的 PentaG2 RAN 平台 |
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現在想想 Open RAN 無線電單元。適合此應用的 PentaG-RAN 平台搭載向量與純量 DSP 處理核心,處理通道預估和波束成形等演算法。同樣地,多天線訊號路徑所需的大規模運算能力已完全對應至硬體加速器,並且全程皆具備規模調整能力。豐富的軟體程式庫提供多種級別的矩陣運算,以便支援波束成形、預編碼和其他操作。波束成形區塊也可以嵌入不同的小晶片,方便 OEM 規劃可調整規模的小晶片實作。
適用於大規模 MIMO Open RAN 的一站式 ASIC 設計
有許多客戶樂於將我們的 IP 嵌入其設計。但我們也瞭解,進入此領域的 OEM廠商認為他們的價值在於軟體、模組和系統服務,而未必在於 ASIC 設計。針對這點,我們透過 CEVA-Intrinsix 集團為客戶提供一站式協同服務。
對於這類客戶,我們可以設計和建置完整的 ASIC,最高可到實體實作簽核和晶片測試。這項服務可從架構設計一路提供至實作導入,再搭配完整的軟體堆疊執行。此服務為協同合作,就客戶需求與客戶進行密切合作,以針對目標應用建置最佳化功能組,並建議有哪些面向可進一步有鑑別度。
(本文作者Nir Shapira為CEVA公司業務發展總監)