Xilinx又一次跨界，5G模擬舞臺將上演一出好戲

　　2月22日，Xilinx發(fā)布了RF級模擬技術—All Programmable RFSoC，稱是實現(xiàn)面向5G無線的顛覆性技術突破。在北京的新聞發(fā)布會上，Xilinx發(fā)言人滔滔不絕地講5G挑戰(zhàn)與模擬痛點，筆者最大的感受是：Xilinx又跨界了!

　　故事要回到2010年，數(shù)字器件公司Xilinx招募了一些來自著名模擬器件公司的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器人才，于2012年誕生了ADC器件，集成在28nm的Virtex-7 FPGA器件中，但Virtex-7的主要賣點還是在FPGA的高密度上。筆者當時也詢問過一些專業(yè)的做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器分立器件的公司是否擔憂，他們認為這只是一個噱頭。

　　沒想到時間到了2017年2月，Xilinx又卷土重來，在SoC中集成了ADC/DAC等模擬子系統(tǒng)，即FPGA+ARM處理器+軟件+RF模擬等，定位5G射頻級模擬。

　　讓我們先來看看此次發(fā)布會的內(nèi)容。

　　RFSoC使功耗和尺寸減半

　　Xilinx平臺產(chǎn)品營銷副總裁Tim Erjavec首先登場，稱All Programmable RFSoC可帶來50%-70%的功耗與封裝尺寸的縮小，對高效部署5G大規(guī)模MIMO和毫米波無線回程至關重要。

　　5G的挑戰(zhàn)有三: 頻率效率、高密度部署、能效，因而帶來了遠端射頻單元、無線回傳和基帶的改進?；鶐ПM管不是新的，但是一個重要方向。遠端射頻方面，在5G等更高頻率下，需要更大規(guī)模的MIMO架構，例如大樓側(cè)面瓦片狀天線，數(shù)量眾多——32、256甚至1024個獨立物理天線整合到一個2D陣列中，因此靈活性非常重要。

　　為此，Xilinx推出全可編程的RFSoC，下圖右側(cè)RF模擬區(qū)塊是此次發(fā)布的重點，它們和FPGA和ARM處理器進行了集成。

　　具體改進分析

　　隨后，Xilinx通訊市場總監(jiān)Harpinder S Matharu上臺，介紹了5G三大挑戰(zhàn)之一的遠端射頻單元，稱4G以前通過傳統(tǒng)的分立式ADC/ DAC來傳輸?shù)募纯桑?G需要大幅降低功耗，為此Xilinx拿出專門一部分解決5G數(shù)字前端功耗問題，即采用了集成式數(shù)模轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。

　　通常，傳統(tǒng)的IF(中頻)采樣需要使用模擬器件在ADC采樣前進行信號調(diào)節(jié)，而完整的射頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)無需單獨設計，就可滿足設計需求，并實現(xiàn)靈活性和可控性，使RF采樣成為5G的可行方法。

　　例如4x4 Radio，需要一個SoC，還有分立式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(4個ADC和4個DAC)，通常需要9個器件，而且把DAC、ADC和SoC進行連接非常困難，現(xiàn)在采用一個RFSoC即可，簡化了設計。

　　再看8x8 2.6GHz射頻單元，也是中國移動使用的方案，此設計更復雜，分立器件ADC和DAC數(shù)量比4x4多了一倍(8個ADC和8個DAC)，采用了RFSoC后無需分立的ADC和DAC，封裝尺寸縮小77%。

　　可見RFSoC的優(yōu)勢：簡化封裝尺寸，簡化設計過程，從而縮短設計時間，從而對天線陣列進行擴展，例如64x64, 128x128等。

　　5G推到市場需要大規(guī)模的MIMO，包括64GHz以下及以上的厘米波和毫米波的應用，RFSoC可以更好地應用大規(guī)模的MIMO的無線技術。

　　從采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進行射頻采樣的流程圖中可見(見下圖)，天線接收到的信號，進入到濾波器，經(jīng)過放大過程，進入混頻器，上端有一個振蕩器，進行濾波和放大，最后到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。采用這種ADC的方法，或者基帶ADC對信號進行調(diào)節(jié)電路的處理，這個過程當中會出現(xiàn)信號損失情況，還有非線性的雜質(zhì)也會滲透到這個過程當中。而且由于采用40nm的老的工藝技術，功耗也較高。而且設計也非常復雜。

　　但RFSoC集成性提高，并采用了先進的工藝節(jié)點，使功耗和尺寸大大降低。

　　因為傳統(tǒng)IF與零中頻是采用2x2,靈活性不夠;如果采用4x4，由于很多分立器件，靈活性也不夠。右上角的RFSoC由于不涉及前端處理，因此功耗可大大降低。

　　熱點問答

　　*Xilinx此舉是否是向傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器廠商發(fā)起了挑戰(zhàn)?

　　不是。TI和ADI的產(chǎn)品面很廣，Xilinx是單一產(chǎn)品，只針對5G RF。

　　*如何推廣RFSoC?

　　全球6大5G/準5G研發(fā)運營商中，5家在用Xilinx ultrascale/ultrascale+的產(chǎn)品，因此Xilinx有廣泛的用戶基礎，并且Xilinx了解5G/準5G的研發(fā)痛點。

　　*RFSoC何時會推出?

　　今年晚些時候。

　　*遇到了哪些技術挑戰(zhàn)?

　　2010年開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的研發(fā)工作，2012年推出第一個產(chǎn)品，但當時沒有實現(xiàn)整體式原封不動的集成。所以最后的難點是怎樣實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并原封不動地整體集成到器件當中。

　　把高速模擬放在收發(fā)器中，其中非常寶貴的突破是怎樣減少噪音、隔離噪音。

　　點評：Xilinx的模擬夢很奇幻

　　Xilinx等FPGA公司是非常善于跨界的，遠的不說，就論近幾年， 2012年在FPGA基礎上加入ARM處理器，推出Zynq系列SoC處理器;2015年又推出全可編程(All Programmable)理念，向多處理器和軟件進軍，具體產(chǎn)品包括MPSoC和軟件定義的設計環(huán)境——SDx，以吸引嵌入式尤其是大量不懂FPGA和Xilinx處理器的軟件編程人員，預計5年用戶增長5倍。這次面向5G，又加入了RF模擬。

　　誰都能想，但要是能做出來，確實需要能耐。就拿這高速ADC/DAC來說，RFSoC指標達到了4、5GSPS。在分立器件中，能夠做到GSPS級別的公司也是鳳毛麟角，而且RFSoC還是4通道、8通道的，在16nm工藝下，和數(shù)字電路同在一個die(晶圓上的芯片)上。按照Xilinx的說法，2010年才開始招募這類人才。這一切看著太神奇了!

　　筆者也理解Xilinx的說法，Xilinx的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不會對一些老牌數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品帶來整體威脅，因為就對著5G部署和大規(guī)模MIMO，是Niche market(利基市場)。要是做廣譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，確實需要大量投入和長期積累。估計傳統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器廠商也不是白給的，一定會奮力反擊。因此，從這個角度看，RFSoC也是讓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場活躍的催化劑。

　　筆者詢了一下RFSoC價位，發(fā)言人諱莫如深，稱原則上是先給客戶展示一下如何大幅減少功耗，然后再談價格。筆者推測，從理論上，22nm芯片的性價比應該是提高嘍，BOM(物料清單)應該降低的。但就因為太神了，因此要以為用戶帶來的價值來定價，即為用戶帶來多大價值，就定這個價兒!

　　讓我們在今年下半年拭目以待，但愿RFSoC為5G模擬帶來一出好戲!