集成多種功能，RFSoC支持6 GHz以下頻段的定義考量

       Integrating multiple functions, the definition considerations of RFSoC supports in bands below 6 GHz

　　作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

　　摘要：面向5G，繼2017年推出第一代RFSoC后，Xilinx于2019年2月又推出了第二代和第三代產(chǎn)品。本文介紹了二、三代產(chǎn)品的產(chǎn)品定義考慮，及未來(lái)第四代的規劃。
　　關(guān)鍵詞：RF；SoC；宏站；ADC；時(shí)鐘

　　新的第二和三代產(chǎn)品（賽靈思）的Zynq ? UltraScale+? 射頻（RF）片上系統（SoC）是把RF元素嫁接進(jìn)里 ,所以叫RFSoC。2017年已經(jīng)推出了第一代產(chǎn)品，2019年2月又推出了第二代和第三代產(chǎn)品。
　　1 RFSoC新的第二和第三代產(chǎn)品

       具有更高射頻性能及更強可擴展能力，可支持6 GHz以下所有頻段，從而滿(mǎn)足新一代5G 部署的關(guān)鍵需求。同時(shí)，還可支持針對采樣率高達的14位模數轉換器（ADC）和10 GS/S的14位數模轉換器（DAC）進(jìn)行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達 6GHz。
　　產(chǎn)品系列是單芯片自適應射頻平臺。該產(chǎn)品系列現在包括：（第二代）：這款現已開(kāi)始提供樣片并計劃于 2019 年 6 月投入量產(chǎn)，不僅符合亞洲地區5G部署的時(shí)間規劃，而且還支持最新射頻技術(shù)。
　?。?第三代）：與基礎產(chǎn)品系列相比，可在 RF 數據轉換器子系統中對 6GHz以下頻段的直接 RF 采樣提供全面支持、擴展的毫米波接口，并將功耗降低達 20%。該產(chǎn)品將于 2019 年下半年上市。
　　新產(chǎn)品單芯片集成更高性能的 RF 數據轉換器，可為部署 5G 無(wú)線(xiàn)通信系統、有線(xiàn)電視接入、高級相控陣雷達解決方案，以及包括測量測試和衛星通信在內的其它應用，提供所需的廣泛頻段覆蓋范圍。通過(guò)取代分立式組件，這些器件可將功耗及封裝尺寸降低 50%，是電信運營(yíng)商部署5G 系統、實(shí)現大規模多輸入多輸出基站的理想選擇。
　　2 熱門(mén)問(wèn)答

       賽靈思通信業(yè)務(wù)主管總監Gilles Garcia與大中華區的高級總監周海天先生回答了《電子產(chǎn)品世界》等媒體的提問(wèn)。
　　市場(chǎng)2019年，哪幾個(gè)國家會(huì )推出5G？除了中國，韓國發(fā)展很快，日本是2020年展開(kāi)，因為日本東京奧運會(huì )在2020年，但比韓國還是慢了一步，還有一個(gè)國家是澳大利亞?；旧?，2020年歐洲、美國/北美洲都會(huì )開(kāi)始5G布署。5G剛剛開(kāi)始，未來(lái)整個(gè)過(guò)程需要三到五年，主要原因是5G和4G、3G有很大差異，5G不單單是在通信基礎設施方面，還需要手機等終端技術(shù)設備的配合。此外，5G還會(huì )應用到很多其他層面，包括汽車(chē)、工業(yè)等等。實(shí)際上，5G的應用非常廣泛。
　　2.2 與分立的ADC/DAC的關(guān)系

       一些模擬公司也推出了6 GHz以下的模擬產(chǎn)品，的應用和它們的沖突嗎？實(shí)際上，賽靈思在推出RFSoC芯片以前，很多客戶(hù)部署FPGA加上外置的DAC、ADC的芯片。賽靈思發(fā)現很多一級的用戶(hù)需要繼續提高集成水平，這樣能減少功耗，同時(shí)也能減少設計占用的面積，這樣的客戶(hù)就會(huì )選擇賽靈思的單芯片。
　　另外在RFSoC的路線(xiàn)圖里，主要服務(wù)8個(gè)傳輸、8個(gè)接收，以及16個(gè)傳輸、16個(gè)接收。但除此之外，還有比較低的配置，比如2×2的這種2個(gè)傳輸、2個(gè)接收，這樣，賽靈思FPGA可以和其他模擬公司伙伴提供低端產(chǎn)品。因此，通過(guò)和模擬公司合作，使得賽靈思給客戶(hù)提供的選擇能夠覆蓋從低端到高端的所有選項。
　　那么，RFSoC適合大規模的MIMO在宏站應用上比較多，但是在5G時(shí)代，除了宏站之外，市場(chǎng)對一些（小型基站）也會(huì )有需求，針對小型化有比較好的方案？實(shí)際上，現在有兩個(gè)非常明確的應用趨勢，室內和室外。室內主要是2×2的，最多是4×4的，在這種情況下，用賽靈思的FPGA再加上外置的DAC、ADC。室外的主要是8×8的配置要求，在這樣的情況下，的第一代和第二代產(chǎn)品就能夠非常好地滿(mǎn)足需求。
　　那 么 ， 像 以 前 傳 統 的中頻（IF）處理，或者包括這種協(xié)議會(huì )不會(huì )逐漸被直接RF采樣所取代？實(shí)際上，確實(shí)直接采樣的接受度目前還是非常高的，因為這能夠大大降低復雜程度。
　　但是還有小部分客戶(hù)有一些自己的想法，他們希望能夠實(shí)現差異化，所以他們還是希望自己做外部的數字處理，也就是自己在FPGA外置ADC。
　　因此，JESD這類(lèi)協(xié)議標準或者是IF是不會(huì )消失的。
　　還有一些小的配置，比如2×2、4×4，服務(wù)于一些或者是不同的國家，他們不需要大規模的天線(xiàn)，FPGA加上ADC對于他們來(lái)說(shuō)就是足夠好的部署，所以在這種情況下，還是需要JESD204的標準，而且在賽靈思的IP中也是包含的。
　　2.3 三代產(chǎn)品的定位

       第一代產(chǎn)品在全球的銷(xiāo)售如何？實(shí)際上，根據賽靈思財報，此前RFSoC的營(yíng)收增長(cháng)了3倍，主要的驅動(dòng)力在于韓國早期5G的部署，中國pre-5G的部署，以及在北美關(guān)于5G實(shí)驗的一些部署，但是RFSoC營(yíng)收并不是全部來(lái)源于5G。
　　這次同時(shí)推出了兩代產(chǎn)品，這是比較少見(jiàn)的，是否意味著(zhù)將來(lái)第三代產(chǎn)品是一個(gè)主流，因為它全覆蓋，能夠用于5G這個(gè)頻段？實(shí)際上，賽靈思第一代產(chǎn)品主要服務(wù)于pre-5G或者是5G早期的一些部署，針對的是4GHz的帶寬。但是現在有新的頻段得到了分配，尤其是在中國和日本，主要是4 GHz到5 GHz的，所以賽靈思推出了第二代產(chǎn)品，希望能夠非常及時(shí)地給這些運營(yíng)商提供合適的產(chǎn)品。3GPP還在不斷的發(fā)展，現在已經(jīng)要演化到6GHz，這時(shí)候第三代產(chǎn)品芯片就是最合適的。
　　所以如果客戶(hù)要在2021年部署系統，那么第三代產(chǎn)品是最合適的，能夠幫助客戶(hù)滿(mǎn)足到時(shí)候所需要的一系列應用。
　　另外，全球很多國家在頻段分配上的情況是不一樣的，可能有一些并不需要4 GHz或者是5 GHz這樣的帶寬水平，所以可以根據各個(gè)國家的情況選擇第一到第三代產(chǎn)品。例如如果有一個(gè)國家只需要4 GHz帶寬，其實(shí)第一代芯片就可以滿(mǎn)足需求。

　　那么，第二代、第三代除了頻率會(huì )有提升，還有哪些性能提升？實(shí)際上，除了性能方面，第二代是針對，第三代是能滿(mǎn)足6 GHz方面的區別。還有一個(gè)重要的點(diǎn)是第三代芯片集成了時(shí)鐘系統。另外，第三代還可以使得DAC、ADC的功能減少20%的功耗，所以它在功耗上也有提升。另外還增加一些新的功能選項，比如插值和抽取，主要是針對毫米波的頻率規劃方面。
　　這三代產(chǎn)品誰(shuí)的市場(chǎng)容量更大一些？實(shí)際上，這主要涉及客戶(hù)的系統設計的時(shí)間。一般客戶(hù)設計需要一年的時(shí)間才能夠完成設計、測試、試驗和系統進(jìn)行生產(chǎn)，如果客戶(hù)瞄準的頻段是4~5 GHz，例如中國市場(chǎng)上，如果2020年、2021年要部署，現在就要開(kāi)始進(jìn)行這樣的開(kāi)發(fā)，就會(huì )選擇第二代產(chǎn)品。如果有的客戶(hù)尋求的是4GHz以下的系統平臺，可能在兩年前就已開(kāi)發(fā)，采用的已經(jīng)是第一代產(chǎn)品，預計這些客戶(hù)會(huì )繼續部署、開(kāi)發(fā)。
　　功耗、占板面積等的節約情況如何？其實(shí)第一代產(chǎn)品已有很大的突破，它和外置的DACADC相比功耗降低50%，占板面積減少75%。第二代產(chǎn)品也有這方面特征。第三代在功耗方面在具體的TDD應用中會(huì )降低20%，另外還有一些簡(jiǎn)化外部時(shí)鐘設計的提升（注：主要通過(guò)時(shí)鐘集成來(lái)達到），在占板面積降低方面有約5%~10%的改進(jìn)，但是更多的是在成本和復雜性等方面的改善。
　　2.5 下一代產(chǎn)品的規劃

       為什么在第四代產(chǎn)品規劃中才考慮在RFSoC中加入AI引擎？實(shí)際上，在2018年10月，賽靈思CEO在賽靈思開(kāi)發(fā)者大會(huì )（XDF）上曾提到了未來(lái)的AI平臺產(chǎn)品。這是一個(gè)7 nm集成的平臺，里面會(huì )有AI引擎（如圖2）。之所以在第四代才有，這是一個(gè)市場(chǎng)需求的問(wèn)題，賽靈思會(huì )根據市場(chǎng)的需求和時(shí)間表、路線(xiàn)圖來(lái)做7nm產(chǎn)品，此時(shí)7 nm級的RFSoC就會(huì )有AI引擎。
　　具體提到AI引擎，首先賽靈思現在已有一些AI的IP能力，但是這種AI能力和7 nm的AI引擎不同：現有的AI的IP能力，也就是16 nm級的，可以支持機器學(xué)習等AI的IP；未來(lái)的7 nm級的AI引擎，是可以支持深度的無(wú)線(xiàn)算法和計算算法的AI引擎。
　　那么，第一代RFSoC是基于16 nm的設計，新出的兩代產(chǎn)品也是基于這個(gè)設計嗎？實(shí)際上，從第一代到第二、三代都是以16 nm為基礎的。但是第四代會(huì )集成到7 nm的Versal平臺(注：是賽靈思的首款ACAP平臺)。
　　賽靈思的原則是根據市場(chǎng)和客戶(hù)的需求采用最為合理的技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)當時(shí)的需求。對于第二代和第三代，最為合理的選擇就是采用16nm的產(chǎn)品組合，這樣可實(shí)現引腳和軟件的兼容，同時(shí)能夠兼顧客戶(hù)的易用程度。第四代是為了滿(mǎn)足AI引擎技術(shù)架構和新的性能，因此需要使用7 nm技術(shù)。

本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第4期第21頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處