Xilinx又一次跨界，5G模拟舞台将上演一出好戏

　　2月22日，Xilinx发布了RF级模拟技术—All Programmable RFSoC，称是实现面向5G无线的颠覆性技术突破。在北京的新闻发布会上，Xilinx发言人滔滔不绝地讲5G挑战与模拟痛点，笔者最大的感受是：Xilinx又跨界了!

　　故事要回到2010年，数字器件公司Xilinx招募了一些来自著名模拟器件公司的数据转换器人才，于2012年诞生了ADC器件，集成在28nm的Virtex-7 FPGA器件中，但Virtex-7的主要卖点还是在FPGA的高密度上。笔者当时也询问过一些专业的做数据转换器分立器件的公司是否担忧，他们认为这只是一个噱头。

　　没想到时间到了2017年2月，Xilinx又卷土重来，在SoC中集成了ADC/DAC等模拟子系统，即FPGA+ARM处理器+软件+RF模拟等，定位5G射频级模拟。

　　让我们先来看看此次发布会的内容。

　　RFSoC使功耗和尺寸减半

　　Xilinx平台产品营销副总裁Tim Erjavec首先登场，称All Programmable RFSoC可带来50%-70%的功耗与封装尺寸的缩小，对高效部署5G大规模MIMO和毫米波无线回程至关重要。

　　5G的挑战有三: 频率效率、高密度部署、能效，因而带来了远端射频单元、无线回传和基带的改进。基带尽管不是新的，但是一个重要方向。远端射频方面，在5G等更高频率下，需要更大规模的MIMO架构，例如大楼侧面瓦片状天线，数量众多——32、256甚至1024个独立物理天线整合到一个2D阵列中，因此灵活性非常重要。

　　为此，Xilinx推出全可编程的RFSoC，下图右侧RF模拟区块是此次发布的重点，它们和FPGA和ARM处理器进行了集成。

　　具体改进分析

　　随后，Xilinx通讯市场总监Harpinder S Matharu上台，介绍了5G三大挑战之一的远端射频单元，称4G以前通过传统的分立式ADC/ DAC来传输的即可，但5G需要大幅降低功耗，为此Xilinx拿出专门一部分解决5G数字前端功耗问题，即采用了集成式数模转换子系统。

　　通常，传统的IF(中频)采样需要使用模拟器件在ADC采样前进行信号调节，而完整的射频模数转换器子系统无需单独设计，就可满足设计需求，并实现灵活性和可控性，使RF采样成为5G的可行方法。

　　例如4x4 Radio，需要一个SoC，还有分立式的数据转换器(4个ADC和4个DAC)，通常需要9个器件，而且把DAC、ADC和SoC进行连接非常困难，现在采用一个RFSoC即可，简化了设计。

　　再看8x8 2.6GHz射频单元，也是中国移动使用的方案，此设计更复杂，分立器件ADC和DAC数量比4x4多了一倍(8个ADC和8个DAC)，采用了RFSoC后无需分立的ADC和DAC，封装尺寸缩小77%。

　　可见RFSoC的优势：简化封装尺寸，简化设计过程，从而缩短设计时间，从而对天线阵列进行扩展，例如64x64, 128x128等。

　　5G推到市场需要大规模的MIMO，包括64GHz以下及以上的厘米波和毫米波的应用，RFSoC可以更好地应用大规模的MIMO的无线技术。

　　从采用数据转换器进行射频采样的流程图中可见(见下图)，天线接收到的信号，进入到滤波器，经过放大过程，进入混频器，上端有一个振荡器，进行滤波和放大，最后到数据转换器。采用这种ADC的方法，或者基带ADC对信号进行调节电路的处理，这个过程当中会出现信号损失情况，还有非线性的杂质也会渗透到这个过程当中。而且由于采用40nm的老的工艺技术，功耗也较高。而且设计也非常复杂。

　　但RFSoC集成性提高，并采用了先进的工艺节点，使功耗和尺寸大大降低。

　　因为传统IF与零中频是采用2x2,灵活性不够;如果采用4x4，由于很多分立器件，灵活性也不够。右上角的RFSoC由于不涉及前端处理，因此功耗可大大降低。

　　热点问答

　　*Xilinx此举是否是向传统的数据转换器厂商发起了挑战?

　　不是。TI和ADI的产品面很广，Xilinx是单一产品，只针对5G RF。

　　*如何推广RFSoC?

　　全球6大5G/准5G研发运营商中，5家在用Xilinx ultrascale/ultrascale+的产品，因此Xilinx有广泛的用户基础，并且Xilinx了解5G/准5G的研发痛点。

　　*RFSoC何时会推出?

　　今年晚些时候。

　　*遇到了哪些技术挑战?

　　2010年开始数据转换器的研发工作，2012年推出第一个产品，但当时没有实现整体式原封不动的集成。所以最后的难点是怎样实现这些数据转换器，并原封不动地整体集成到器件当中。

　　把高速模拟放在收发器中，其中非常宝贵的突破是怎样减少噪音、隔离噪音。

　　点评：Xilinx的模拟梦很奇幻

　　Xilinx等FPGA公司是非常善于跨界的，远的不说，就论近几年， 2012年在FPGA基础上加入ARM处理器，推出Zynq系列SoC处理器;2015年又推出全可编程(All Programmable)理念，向多处理器和软件进军，具体产品包括MPSoC和软件定义的设计环境——SDx，以吸引嵌入式尤其是大量不懂FPGA和Xilinx处理器的软件编程人员，预计5年用户增长5倍。这次面向5G，又加入了RF模拟。

　　谁都能想，但要是能做出来，确实需要能耐。就拿这高速ADC/DAC来说，RFSoC指标达到了4、5GSPS。在分立器件中，能够做到GSPS级别的公司也是凤毛麟角，而且RFSoC还是4通道、8通道的，在16nm工艺下，和数字电路同在一个die(晶圆上的芯片)上。按照Xilinx的说法，2010年才开始招募这类人才。这一切看着太神奇了!

　　笔者也理解Xilinx的说法，Xilinx的数据转换器不会对一些老牌数据转换器的产品带来整体威胁，因为就对着5G部署和大规模MIMO，是Niche market(利基市场)。要是做广谱数据转换器，确实需要大量投入和长期积累。估计传统数据转换器厂商也不是白给的，一定会奋力反击。因此，从这个角度看，RFSoC也是让数据转换器市场活跃的催化剂。

　　笔者询了一下RFSoC价位，发言人讳莫如深，称原则上是先给客户展示一下如何大幅减少功耗，然后再谈价格。笔者推测，从理论上，22nm芯片的性价比应该是提高喽，BOM(物料清单)应该降低的。但就因为太神了，因此要以为用户带来的价值来定价，即为用户带来多大价值，就定这个价儿!

　　让我们在今年下半年拭目以待，但愿RFSoC为5G模拟带来一出好戏!