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(shù)—All Programmable RFSoC，稱(chēng)是實(shí)現面向5G無(wú)線(xiàn)的顛覆性技術(shù)突破。在北京的新聞發(fā)布會(huì )上，Xilinx發(fā)言人滔滔不絕地講5G挑戰與模擬痛點(diǎn)，筆者最大的感受是：Xilinx又跨界了!

　　故事要回到2010年，數字器件公司Xilinx招募了一些來(lái)自著(zhù)名模擬器件公司的數據轉換器人才，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(mài)點(diǎn)還是在FPGA的高密度上。筆者當時(shí)也詢(xún)問(wèn)過(guò)一些專(zhuān)業(yè)的做數據轉換器分立器件的公司是否擔憂(yōu)，他們認為這只是一個(gè)噱頭。

　　沒(méi)想到時(shí)間到了2017年2月，Xilinx又卷土重來(lái)，在SoC中集成了ADC/DAC等模擬子系統，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(lái)看看此次發(fā)布會(huì )的內容。

　　RFSoC使功耗和尺寸減半

　　Xilinx平臺產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總裁Tim Erjavec首先登場(chǎng)，稱(chēng)All Programmable RFSoC可帶來(lái)50%-70%的功耗與封裝尺寸的縮小，對高效部署5G大規模MIMO和毫米波無(wú)線(xiàn)回程至關(guān)重要。

　　5G的挑戰有三: 頻率效率、高密度部署、能效，因而帶來(lái)了遠端射頻單元、無(wú)線(xiàn)回傳和基帶的改進(jìn)?；鶐ПM管不是新的，但是一個(gè)重要方向。遠端射頻方面，在5G等更高頻率下，需要更大規模的MIMO架構，例如大樓側面瓦片狀天線(xiàn)，數量眾多——32、256甚至1024個(gè)獨立物理天線(xiàn)整合到一個(gè)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RF模擬區塊是此次發(fā)布的重點(diǎn)，它們和FPGA和ARM處理器進(jìn)行了集成。

　　具體改進(jìn)分析

　　隨后，Xilinx通訊市場(chǎng)總監Harpinder S Matharu上臺，介紹了5G三大挑戰之一的遠端射頻單元，稱(chēng)4G以前通過(guò)傳統的分立式ADC/ DAC來(lái)傳輸的即可，但5G需要大幅降低功耗，為此Xilinx拿出專(zhuān)門(mén)一部分解決5G數字前端功耗問(wèn)題，即采用了集成式數模轉換子系統。

　　通常，傳統的IF(中頻)采樣需要使用模擬器件在A(yíng)DC采樣前進(jìn)行信號調節，而完整的射頻模數轉換器子系統無(wú)需單獨設計，就可滿(mǎn)足設計需求，并實(shí)現靈活性和可控性，使RF采樣成為5G的可行方法。

　　例如4x4 Radio，需要一個(gè)SoC，還有分立式的數據轉換器(4個(gè)ADC和4個(gè)DAC)，通常需要9個(gè)器件，而且把DAC、ADC和SoC進(jìn)行連接非常困難，現在采用一個(gè)RFSoC即可，簡(jiǎn)化了設計。

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

　　可見(jiàn)RFSoC的優(yōu)勢：簡(jiǎn)化封裝尺寸，簡(jiǎn)化設計過(guò)程，從而縮短設計時(shí)間，從而對天線(xiàn)陣列進(jìn)行擴展，例如64x64, 128x128等。

　　5G推到市場(chǎng)需要大規模的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模的MIMO的無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

　　從采用數據轉換器進(jìn)行射頻采樣的流程圖中可見(jiàn)(見(jiàn)下圖)，天線(xiàn)接收到的信號，進(jìn)入到濾波器，經(jīng)過(guò)放大過(guò)程，進(jìn)入混頻器，上端有一個(gè)振蕩器，進(jìn)行濾波和放大，最后到數據轉換器。采用這種ADC的方法，或者基帶ADC對信號進(jìn)行調節電路的處理，這個(gè)過(guò)程當中會(huì )出現信號損失情況，還有非線(xiàn)性的雜質(zhì)也會(huì )滲透到這個(gè)過(guò)程當中。而且由于采用40nm的老的工藝技術(shù)，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(jìn)的工藝節點(diǎn)，使功耗和尺寸大大降低。

　　因為傳統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(diǎn)問(wèn)答

　　*Xilinx此舉是否是向傳統的數據轉換器廠(chǎng)商發(fā)起了挑戰?

　　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(yíng)商中，5家在用Xilinx ultrascale/ultrascale+的產(chǎn)品，因此Xilinx有廣泛的用戶(hù)基礎，并且Xilinx了解5G/準5G的研發(fā)痛點(diǎn)。

　　*RFSoC何時(shí)會(huì )推出?

　　今年晚些時(shí)候。

　　*遇到了哪些技術(shù)挑戰?

　　2010年開(kāi)始數據轉換器的研發(fā)工作，2012年推出第一個(gè)產(chǎn)品，但當時(shí)沒(méi)有實(shí)現整體式原封不動(dòng)的集成。所以最后的難點(diǎn)是怎樣實(shí)現這些數據轉換器，并原封不動(dòng)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(diǎn)評：Xilinx的模擬夢(mèng)很奇幻

　　Xilinx等FPGA公司是非常善于跨界的，遠的不說(shuō)，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(jìn)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(hù)增長(cháng)5倍。這次面向5G，又加入了RF模擬。

　　誰(shuí)都能想，但要是能做出來(lái)，確實(shí)需要能耐。就拿這高速ADC/DAC來(lái)說(shuō)，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，和數字電路同在一個(gè)die(晶圓上的芯片)上。按照Xilinx的說(shuō)法，2010年才開(kāi)始招募這類(lèi)人才。這一切看著(zhù)太神奇了!

　　筆者也理解Xilinx的說(shuō)法，Xilinx的數據轉換器不會(huì )對一些老牌數據轉換器的產(chǎn)品帶來(lái)整體威脅，因為就對著(zhù)5G部署和大規模MIMO，是Niche market(利基市場(chǎng))。要是做廣譜數據轉換器，確實(shí)需要大量投入和長(cháng)期積累。估計傳統數據轉換器廠(chǎng)商也不是白給的，一定會(huì )奮力反擊。因此，從這個(gè)角度看，RFSoC也是讓數據轉換器市場(chǎng)活躍的催化劑。

　　筆者詢(xún)了一下RFSoC價(jià)位，發(fā)言人諱莫如深，稱(chēng)原則上是先給客戶(hù)展示一下如何大幅減少功耗，然后再談價(jià)格。筆者推測，從理論上，22nm芯片的性?xún)r(jià)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(hù)帶來(lái)的價(jià)值來(lái)定價(jià)，即為用戶(hù)帶來(lái)多大價(jià)值，就定這個(gè)價(jià)兒!

　　讓我們在今年下半年拭目以待，但愿RFSoC為5G模擬帶來(lái)一出好戲!