基頻IP平臺(tái)滿足大規(guī)模MIMO應(yīng)用需求

5G 基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)建是現(xiàn)在進(jìn)行式，但我們?nèi)蕴幱诔砷L(zhǎng)曲線的初期階段。中國(guó)是相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的領(lǐng)跑者，但北美和歐洲目前亦加速趕上；目前市場(chǎng)主要由五家第 1 級(jí)設(shè)備廠商主宰：Nokia、Ericsson、中興通訊（ZTE）、華為和三星，至于規(guī)模較小的廠商現(xiàn)在也逐漸進(jìn)入市場(chǎng)。

多虧開(kāi)放式無(wú)線存取網(wǎng)絡(luò)（Open RAN），讓小規(guī)模的廠商得以提供大規(guī)模多輸入/多輸出系統(tǒng)（MIMO）無(wú)線電單元或基頻分布單元等解決方案，并且無(wú)須動(dòng)用現(xiàn)今第 1 級(jí)廠商標(biāo)配的端對(duì)端解決方案，例如處理核心對(duì)天線。

在這一方面，廠商有許多做出鑒別度的機(jī)會(huì)。目前的實(shí)作取決于市面上可用的硅芯片選項(xiàng)，多為價(jià)格昂貴且高耗電的現(xiàn)場(chǎng)可程序化門(mén)陣列 （FPGA） 或 x86 處理器。若以特殊應(yīng)用集成電路（ASIC）作為替代方案，除了解決方案廠商自身的附加價(jià)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(jī)已相當(dāng)成熟，我們可以看到5G價(jià)值鏈企業(yè)、半導(dǎo)體和收發(fā)器廠商、原廠設(shè)備制造商（OEM）、第 1 級(jí)廠商、原廠設(shè)計(jì)制造商（ODM），甚至是電信業(yè)者皆參與其中。各領(lǐng)域的廠商皆盼望在這波科技演進(jìn)中掌握自身的命運(yùn)。

為何 ASIC 較適合大規(guī)模 MIMO？
首先，請(qǐng)想想目前市面上可用于 Open-RAN 實(shí)作的分布單元（DU）/小型基地臺(tái)組件。一般實(shí)作服務(wù)會(huì)以在 x86 平臺(tái)運(yùn)行的軟件中的第 1 層實(shí)作為基礎(chǔ)，并搭配一或多個(gè) FPGA，主要用于加速前向錯(cuò)誤更正。這項(xiàng)方法雖然彈性十足，但要是所有處理鏈和工作負(fù)載都在一般用途的處理核心上運(yùn)行，效能擴(kuò)充便會(huì)受限。大規(guī)模 MIMO 需要支持更多平行通道，使問(wèn)題變得更加復(fù)雜。

現(xiàn)在想想 Open RAN 架構(gòu)的無(wú)線電單元（RU）。這些單元通常是以專門(mén)用于波束成形的高階且昂貴的FPGA，以及RF收發(fā)器的數(shù)字前端來(lái)進(jìn)行實(shí)作。不過(guò)，現(xiàn)在的 5G 大型基地臺(tái)預(yù)期要支持大規(guī)模 MIMO，因此需要更高層級(jí)的平行處理（亦即更多 FPGA）來(lái)管理更多信道。同樣地，使用現(xiàn)有組件來(lái)擴(kuò)充效能，將無(wú)法達(dá)到合理的成本或用電效率目標(biāo)。


 
圖一 : 比較傳統(tǒng) Open RAN 解決方案和 ASIC 解決方案

適用于大規(guī)模 MIMO 5G RAN 的 PentaG-RAN
CEVA目前已推出第二代的 PentaG-RAN 5G NR 基頻調(diào)制解調(diào)器 IP 平臺(tái)。此平臺(tái)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，得以滿足大規(guī)模 MIMO RAN 裝置所需的極致效能、延遲和功率需求，而且采用先進(jìn)的向量和純量 DSP 處理器，并加入多個(gè)經(jīng)微調(diào)的 HW 加速引擎，提供完整的訊號(hào)路徑內(nèi)嵌加速。

首先談?wù)?DU/小型基地站應(yīng)用。與傳統(tǒng) COTS 解決方案不同，此平臺(tái)可加速完整的訊號(hào)路徑，同時(shí)仍保有 SDR 靈活性，讓 OEM 得以自定義旁路計(jì)算，例如通道預(yù)估等。

此平臺(tái)可進(jìn)行全面性規(guī)模調(diào)整，從專用網(wǎng)絡(luò)中的小型基地臺(tái)部署，到支持大規(guī)模 MIMO 和虛擬 RAN 實(shí)作的全方位大型基地臺(tái)都沒(méi)問(wèn)題。這項(xiàng)規(guī)模調(diào)整能力，來(lái)自于CEVA-XC16向量DSP集群，而軟件控制支持則來(lái)自CEVA-BX2純量處理器；此異質(zhì)平臺(tái)隨附一套全方位的訊號(hào)路徑加速器與共同處理器，以及豐富的 5G 軟件 SDK 與鏈接庫(kù)。


 
圖二 : 適用于 5G DU/小型基地臺(tái)的 PentaG2 RAN 平臺(tái)

現(xiàn)在想想 Open RAN 無(wú)線電單元。適合此應(yīng)用的 PentaG-RAN 平臺(tái)搭載向量與純量 DSP 處理核心，處理通道預(yù)估和波束成形等算法。同樣地，多天線訊號(hào)路徑所需的大規(guī)模運(yùn)算能力已完全對(duì)應(yīng)至硬件加速器，并且全程皆具備規(guī)模調(diào)整能力。豐富的軟件鏈接庫(kù)提供多種級(jí)別的矩陣運(yùn)算，以便支持波束成形、預(yù)編碼和其他操作。波束成形區(qū)塊也可以嵌入不同的小芯片，方便 OEM 規(guī)劃可調(diào)整規(guī)模的小芯片實(shí)作。



 
圖三 : PentaG2 RAN 無(wú)線電平臺(tái)

適用于大規(guī)模 MIMO Open RAN 的一站式 ASIC 設(shè)計(jì)
有許多客戶樂(lè)于將我們的 IP 嵌入其設(shè)計(jì)。但我們也了解，進(jìn)入此領(lǐng)域的 OEM廠商認(rèn)為他們的價(jià)值在于軟件、模塊和系統(tǒng)服務(wù)，而未必在于 ASIC 設(shè)計(jì)。針對(duì)這點(diǎn)，我們透過(guò) CEVA-Intrinsix 集團(tuán)為客戶提供一站式協(xié)同服務(wù)。

對(duì)于這類客戶，我們可以設(shè)計(jì)和建置完整的 ASIC，最高可到實(shí)體實(shí)作簽核和芯片測(cè)試。這項(xiàng)服務(wù)可從架構(gòu)設(shè)計(jì)一路提供至實(shí)作導(dǎo)入，再搭配完整的軟件堆棧執(zhí)行。此服務(wù)為協(xié)同合作，就客戶需求與客戶進(jìn)行密切合作，以針對(duì)目標(biāo)應(yīng)用建置優(yōu)化功能組，并建議有哪些面向可進(jìn)一步有鑒別度。

（本文作者Nir Shapira為CEVA公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)）