基頻IP平臺滿(mǎn)足大規模MIMO應用需求

5G 基礎設施擴建是現在進(jìn)行式，但我們仍處于成長(cháng)曲線(xiàn)的初期階段。中國是相關(guān)基礎設施的領(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 級設備廠(chǎng)商主宰：Nokia、Ericsson、中興通訊（ZTE）、華為和三星，至于規模較小的廠(chǎng)商現在也逐漸進(jìn)入市場(chǎng)。

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

在這一方面，廠(chǎng)商有許多做出鑒別度的機會(huì )。目前的實(shí)作取決于市面上可用的硅芯片選項，多為價(jià)格昂貴且高耗電的現場(chǎng)可程序化門(mén)陣列 （FPGA） 或 x86 處理器。若以特殊應用集成電路（ASIC）作為替代方案，除了解決方案廠(chǎng)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。

這方面的商機已相當成熟，我們可以看到5G價(jià)值鏈企業(yè)、半導體和收發(fā)器廠(chǎng)商、原廠(chǎng)設備制造商（OEM）、第 1 級廠(chǎng)商、原廠(chǎng)設計制造商（ODM），甚至是電信業(yè)者皆參與其中。各領(lǐng)域的廠(chǎng)商皆盼望在這波科技演進(jìn)中掌握自身的命運。

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

現在想想 Open RAN 架構的無(wú)線(xiàn)電單元（RU）。這些單元通常是以專(zhuān)門(mén)用于波束成形的高階且昂貴的FPGA，以及RF收發(fā)器的數字前端來(lái)進(jìn)行實(shí)作。不過(guò)，現在的 5G 大型基地臺預期要支持大規模 MIMO，因此需要更高層級的平行處理（亦即更多 FPGA）來(lái)管理更多信道。同樣地，使用現有組件來(lái)擴充效能，將無(wú)法達到合理的成本或用電效率目標。


 
圖一 : 比較傳統 Open RAN 解決方案和 ASIC 解決方案

適用于大規模 MIMO 5G RAN 的 PentaG-RAN
CEVA目前已推出第二代的 PentaG-RAN 5G NR 基頻調制解調器 IP 平臺。此平臺經(jīng)過(guò)精心設計，得以滿(mǎn)足大規模 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)微調的 HW 加速引擎，提供完整的訊號路徑內嵌加速。

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

此平臺可進(jìn)行全面性規模調整，從專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )中的小型基地臺部署，到支持大規模 MIMO 和虛擬 RAN 實(shí)作的全方位大型基地臺都沒(méi)問(wèn)題。這項規模調整能力，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)平臺隨附一套全方位的訊號路徑加速器與共同處理器，以及豐富的 5G 軟件 SDK 與鏈接庫。


 
圖二 : 適用于 5G DU/小型基地臺的 PentaG2 RAN 平臺

現在想想 Open RAN 無(wú)線(xiàn)電單元。適合此應用的 PentaG-RAN 平臺搭載向量與純量 DSP 處理核心，處理通道預估和波束成形等算法。同樣地，多天線(xiàn)訊號路徑所需的大規模運算能力已完全對應至硬件加速器，并且全程皆具備規模調整能力。豐富的軟件鏈接庫提供多種級別的矩陣運算，以便支持波束成形、預編碼和其他操作。波束成形區塊也可以嵌入不同的小芯片，方便 OEM 規劃可調整規模的小芯片實(shí)作。



 
圖三 : PentaG2 RAN 無(wú)線(xiàn)電平臺

適用于大規模 MIMO Open RAN 的一站式 ASIC 設計
有許多客戶(hù)樂(lè )于將我們的 IP 嵌入其設計。但我們也了解，進(jìn)入此領(lǐng)域的 OEM廠(chǎng)商認為他們的價(jià)值在于軟件、模塊和系統服務(wù)，而未必在于 ASIC 設計。針對這點(diǎn)，我們透過(guò) CEVA-Intrinsix 集團為客戶(hù)提供一站式協(xié)同服務(wù)。

對于這類(lèi)客戶(hù)，我們可以設計和建置完整的 ASIC，最高可到實(shí)體實(shí)作簽核和芯片測試。這項服務(wù)可從架構設計一路提供至實(shí)作導入，再搭配完整的軟件堆棧執行。此服務(wù)為協(xié)同合作，就客戶(hù)需求與客戶(hù)進(jìn)行密切合作，以針對目標應用建置優(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）