英特爾Sachin Katti:虛擬化及開放式RAN已成未來(lái)趨勢(shì)

隨著數(shù)字革命愈演愈烈，全球?qū)σ苿?dòng)數(shù)據(jù)和服務(wù)的需求正在迅速增長(zhǎng)。如今，智能手機(jī)已成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。在智能手機(jī)的加持下，我們可以通過(guò)拍照、瀏覽新聞和社交媒體或玩游戲等方式自?shī)首詷?，還可以呼叫網(wǎng)約車等。當(dāng)然，我們偶爾也會(huì)打電話。此外，憑借功能強(qiáng)大的軟件和“應(yīng)用商店”，我們已經(jīng)習(xí)慣在不進(jìn)行手機(jī)升級(jí)的情況下獲得全新用戶體驗(yàn)，這只需要我們下載或更新App即可。

那么，我們的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是否也可以用類似方式通過(guò)軟件來(lái)定義？如果無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（也就是將移動(dòng)設(shè)備連接到日常使用的App和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)）可以通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件更新以相同方式進(jìn)行升級(jí)，那會(huì)怎么樣？是不是難以置信？其實(shí)并沒有那么難，英特爾正在致力于與整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)攜手，以充分實(shí)現(xiàn)這一未來(lái)愿景。

Sachin Katti，英特爾公司高級(jí)副總裁兼網(wǎng)絡(luò)與邊緣事業(yè)部總經(jīng)理

十多年來(lái)，英特爾一直與生態(tài)伙伴及客戶合作，共同引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，以推動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一愿景。作為領(lǐng)先的4G和5G網(wǎng)絡(luò)芯片提供商，我們的使命是通過(guò)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型充分釋放網(wǎng)絡(luò)潛力，使其“虛擬化”并在軟件上運(yùn)行。這為通信服務(wù)提供商在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中提供了可編程性和可升級(jí)性，從而使其能夠交付全新功能及服務(wù)——就像在智能手機(jī)或PC上完成簡(jiǎn)單的軟件更新或下載全新App一樣。

如今，我們得以見證這些努力的最終回報(bào)。

以網(wǎng)絡(luò)的“大腦”——核心網(wǎng)為例：十多年前，幾乎沒有任何無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠在通用可編程服務(wù)器上運(yùn)行以軟件形式存在的核心網(wǎng)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，核心網(wǎng)無(wú)法由軟件定義，但英特爾迎難而上。我們?cè)O(shè)計(jì)的服務(wù)器和軟件正在助力網(wǎng)絡(luò)核心虛擬化，并使其以軟件的形式在通用服務(wù)器上運(yùn)行。早在2020年，這種虛擬化核心網(wǎng)就已約占總部署量的一半，正在實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的愿景。根據(jù)Dell 'Oro的一份報(bào)告，預(yù)計(jì)到今年年底，虛擬化核心網(wǎng)將占總核心網(wǎng)部署量的90%以上¹，幾乎所有已知虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器都運(yùn)行在英特爾的CPU上。

無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）是網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)重要組成部分。事實(shí)上，當(dāng)我們打電話、瀏覽網(wǎng)頁(yè)或使用App時(shí)，我們的手機(jī)直接與RAN進(jìn)行通信。與十年前的核心網(wǎng)類似，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，軟件定義RAN將極具挑戰(zhàn)性。當(dāng)下，在全球大多數(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，RAN都被部署為固定功能設(shè)備，此種方式一旦部署就無(wú)法更改。英特爾的目標(biāo)是推動(dòng)RAN的變革，就像十年前我們?cè)诤诵木W(wǎng)中推動(dòng)的變革一樣。從客戶共同投資到尖端技術(shù)，英特爾致力于幫助運(yùn)營(yíng)商和OEM將虛擬化RAN作為高速通信網(wǎng)絡(luò)的一種全新、低成本替代方案推向市場(chǎng)。

虛擬化 RAN 是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中要求極高的組成部分，RAN也是確保重要通話不會(huì)掉線的基石。它需要為我們提供高速和低時(shí)延的連接，但不能出現(xiàn)故障，因?yàn)槲覀冊(cè)诰o急情況下確實(shí)依賴它。RAN也是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中成本最高的部分：構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的預(yù)算中一半以上都用于RAN。因此，設(shè)計(jì)和交付硬件、軟件，并恰當(dāng)?shù)仄胶庑阅?、可靠性和成本效益，以滿足RAN的極高要求，這無(wú)論在技術(shù)上或財(cái)務(wù)上都絕非易事。

解決辦法：提升靈活性、降低復(fù)雜性

當(dāng)新需求、新使用場(chǎng)景或新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，更換過(guò)時(shí)硬件的方式可能無(wú)法實(shí)施，因?yàn)槠髽I(yè)可能會(huì)因此而產(chǎn)生巨額成本。與其他企業(yè)一樣，通信服務(wù)提供商希望從其投資中獲得最大收益。因此，他們通過(guò)降低總體擁有成本、節(jié)省電力和創(chuàng)建持續(xù)創(chuàng)新的平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

軟件定義基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化正是如此：它簡(jiǎn)化升級(jí)方式，既能幫助減少組件要求，又可以降低系統(tǒng)和主板的復(fù)雜性以及物料成本，同時(shí)還能增強(qiáng)供應(yīng)鏈的多樣性。此外，軟件還支持可編程性，可提供創(chuàng)新以及通過(guò)軟件升級(jí)迭代改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的能力，從而顯著提高硬件部署的投資回報(bào)。

以往，RAN基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行在專用的固定功能硬件上。由于它們不是軟件定義的，升級(jí)RAN基礎(chǔ)設(shè)施通常意味著昂貴而繁瑣的硬件升級(jí)。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，RAN架構(gòu)的最低層——5G網(wǎng)絡(luò)物理層（Layer 1），也就是將智能手機(jī)的無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)換為比特并提供高速5G連接的部分——在性能要求上非常嚴(yán)格，以至于無(wú)法在軟件中進(jìn)行虛擬化和定義。

這就是英特爾架構(gòu)的用武之地。我們認(rèn)為，基于虛擬化的優(yōu)勢(shì)，虛擬化RAN ——一直到RAN軟件堆棧中的物理層，也就是傳輸數(shù)字化數(shù)據(jù)的地方——十分必要。為了滿足RAN（包括物理層）的嚴(yán)格需求，我們構(gòu)建了一個(gè)基于靈活、可編程通用芯片的架構(gòu)，集成了用于繁瑣任務(wù)的加速功能，使通信服務(wù)提供商能夠順利地部署完全虛擬化的RAN，并充分利用端到端軟件定義網(wǎng)絡(luò)（包括核心網(wǎng)和RAN）的全部?jī)?yōu)勢(shì)。

這就是我們不斷創(chuàng)新的原因——使通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行得更快更好，并提供大家期待的服務(wù)。我們的通用網(wǎng)絡(luò)芯片一直在不斷發(fā)展，集成英特爾^? vRAN Boost的最新第四代英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器已經(jīng)用于我們一些大客戶的產(chǎn)品中，這些產(chǎn)品將在規(guī)模最大的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)展會(huì)——2023巴塞羅那世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC Barcelona 2023）上推出。

通用芯片是虛擬化網(wǎng)絡(luò)的基石

實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入網(wǎng)直至物理層的完全虛擬化可以帶來(lái)技術(shù)和業(yè)務(wù)上的巨大優(yōu)勢(shì)，其中包括敏捷性、靈活性和可擴(kuò)展性的顯著提升。虛擬化使得將AI算法擴(kuò)展到無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）的各項(xiàng)功能中這樣的創(chuàng)新成為可能，能夠不斷推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，并以更低的成本實(shí)現(xiàn)更多功能。雖然這些好處可能很難直接觀察到，但其實(shí)虛擬化網(wǎng)絡(luò)與您的日常生活息息相關(guān)，比如，如果您此時(shí)此刻正在移動(dòng)設(shè)備上閱讀這篇文章，那您的設(shè)備很有可能就是連接到了基于英特爾技術(shù)的虛擬化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上。

運(yùn)營(yíng)商能夠輕松地實(shí)施動(dòng)態(tài)電源管理和網(wǎng)絡(luò)功能再分配。如果網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和系統(tǒng)升級(jí)的過(guò)程中出現(xiàn)故障，可以通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到不同的服務(wù)器進(jìn)行處理，而無(wú)需派遣技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)。借助我們的通用芯片，運(yùn)營(yíng)商可以在低負(fù)載或無(wú)負(fù)載時(shí)輕松關(guān)閉內(nèi)核以節(jié)省電力。

另一方面，使用專用芯片（也稱物理層加速卡）也就意味著需要為了支持新的RAN技術(shù)和服務(wù)而重新配置現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，這產(chǎn)生的花銷十分巨大。因?yàn)檫@將需要配置新的硬件，除了會(huì)增加成本，最終還有可能因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員不具備能夠利用這些設(shè)備打造產(chǎn)品的能力而受到限制。

由于大量的物理層處理被完全分流到了專用芯片，RAN堆棧物理層上基于軟件的專用功能需要以特定軟件語(yǔ)言執(zhí)行（并且通常需要手動(dòng)編寫），同時(shí)，這些物理層加速卡還依賴于特定工具來(lái)進(jìn)行編譯、調(diào)試和構(gòu)建應(yīng)用程序。

簡(jiǎn)而言之，無(wú)線接入網(wǎng)中還有專用芯片的存在就意味著沒有實(shí)現(xiàn)完全虛擬化。

對(duì)于通用芯片而言則完全不同。在基于軟件的架構(gòu)中，為集成或最大化利用通用硬件，軟件要使用標(biāo)準(zhǔn)的開放編程語(yǔ)言進(jìn)行編寫，這些語(yǔ)言采用的編譯、調(diào)試和構(gòu)建工具也是通用的。這其中的好處在于不僅為某一代芯片編寫的軟件可在下一代芯片中得到重復(fù)利用，且這個(gè)迭代移植過(guò)程相當(dāng)輕松，從而讓運(yùn)營(yíng)商得以在通用虛擬化平臺(tái)上整合RAN軟件。

換言之：編寫只一次，到處可部署。通信行業(yè)為全世界提供數(shù)據(jù)連接功能，而行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者們都一致認(rèn)為通用芯片更能夠應(yīng)對(duì)他們面臨的挑戰(zhàn)并滿足其需求。

全新5G基礎(chǔ)設(shè)施方案

真正地將硬件和軟件解耦能夠使運(yùn)營(yíng)商從不同供應(yīng)商處分門別類地購(gòu)買硬件和軟件組件中的絕佳產(chǎn)品，以一種非常精細(xì)化的方式選擇供應(yīng)商。誰(shuí)能拒絕更多的選擇？最新推出的第四代英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器將vRAN Boost直接集成到了英特爾^?至強(qiáng)^?系統(tǒng)芯片（SoC）中，能夠提供可編程基礎(chǔ)設(shè)施以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)且無(wú)需在物理層額外設(shè)置加速卡。這款全新處理器的設(shè)計(jì)初衷就是為云就緒的虛擬化無(wú)線接入網(wǎng)（vRAN）而服務(wù)的，能夠在相同功率范圍內(nèi)提供高達(dá)兩倍的容量²，且由于集成了加速功能而額外節(jié)省20%的電力³，從而得以滿足運(yùn)營(yíng)商在性能、擴(kuò)展和能效方面的關(guān)鍵需求。

我們之所以選擇這種集成加速功能的方式，是因?yàn)樗鼘⑵瑑?nèi)加速的優(yōu)點(diǎn)與x86架構(gòu)的靈活性和可編程性相結(jié)合，比其他將整個(gè)物理層嵌入不具備靈活性的硬件加速器中的解決方案更好。預(yù)期集成vRAN Boost的第四代英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器上市后，其每瓦性能將超越表現(xiàn)十分優(yōu)異的專用物理層加速卡⁴。

vRAN就是未來(lái)

多年的研發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)合作、商業(yè)部署、成功經(jīng)驗(yàn)和客戶反饋?zhàn)屛覀兠靼滓患虑椋壕W(wǎng)絡(luò)需要軟件定義轉(zhuǎn)型。因此，無(wú)線通信行業(yè)需要一個(gè)能夠虛擬化物理層的解決方案。在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷漫長(zhǎng)的轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)軟件定義的過(guò)程中，英特爾的vRAN產(chǎn)品和FlexRAN參考軟件也在不斷演進(jìn)升級(jí)來(lái)滿足轉(zhuǎn)型需求。英特爾推動(dòng)了從使用固定功能硬件建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，到利用商用現(xiàn)成硬件打造完全虛擬化平臺(tái)的轉(zhuǎn)變。

英特爾解決方案不僅可以隨時(shí)投入部署，且我們未來(lái)的產(chǎn)品路線圖也將能夠引領(lǐng)整個(gè)行業(yè)，這都將會(huì)為運(yùn)營(yíng)商增強(qiáng)信心。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化時(shí)，運(yùn)營(yíng)商深知英特爾不僅能夠?yàn)槠涮峁┊?dāng)前所需的解決方案，而且還將繼續(xù)針對(duì)解決方案進(jìn)行迭代、升級(jí)，就像人們現(xiàn)在能在手機(jī)上玩的“花樣”越來(lái)越多。這就是為什么當(dāng)今世界上90%以上的商用vRAN網(wǎng)絡(luò)都是基于英特爾架構(gòu)運(yùn)行的⁵。

1 Dell'Oro在2023年1月發(fā)表的報(bào)告《移動(dòng)核心網(wǎng)和多接入邊緣計(jì)算季度報(bào)告》+英特爾內(nèi)部分析

2截至2022年8月30日的預(yù)測(cè)，基于英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器的架構(gòu)提升，對(duì)比了擁有相同核心數(shù)、插槽功率和頻率的第四代英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器和第三代英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器，測(cè)試中使用了FlexRAN?軟件。結(jié)果可能有所不同。實(shí)際性能因用途、配置和其它因素而異。

3 截至2022年8月30日的預(yù)測(cè)，基于場(chǎng)景設(shè)計(jì)功耗（SDP）分析，對(duì)比了擁有相同核心數(shù)和頻率的帶有英特爾^? vRAN Boost的預(yù)生產(chǎn)的第四代英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器（集成vRAN加速）和搭配外置vRAN加速卡的預(yù)生產(chǎn)的第四代英特爾^?至強(qiáng)^?可擴(kuò)展處理器。結(jié)果可能有所不同。實(shí)際性能因用途、配置和其它因素而異。

4 性能/功率比預(yù)測(cè)是基于英特爾截至2022年10月的估計(jì)和模擬。

5 Dell'Oro在2023年1月發(fā)表的報(bào)告《移動(dòng)RAN五年期預(yù)測(cè)報(bào)告2023-2027，Vol 22 No.1》+ 英特爾內(nèi)部分析。