集成多种功能，RFSoC支持6 GHz以下频段的定义考量

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

　　作者 / 王莹 《电子产品世界》编辑

　　摘要：面向5G，继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产品。本文介绍了二、三代产品的产品定义考虑，及未来第四代的规划。
　　关键词：RF；SoC；宏站；ADC；时钟

　　新的第二和三代产品（赛灵思）的Zynq ® UltraScale+™ 射频（RF）片上系统（SoC）是把RF元素嫁接进里 ,所以叫RFSoC。2017年已经推出了第一代产品，2019年2月又推出了第二代和第三代产品。
　　1 RFSoC新的第二和第三代产品

       具有更高射频性能及更强可扩展能力，可支持6 GHz以下所有频段，从而满足新一代5G 部署的关键需求。同时，还可支持针对采样率高达的14位模数转换器（ADC）和10 GS/S的14位数模转换器（DAC）进行直接RF采样，二者的模拟带宽均高达 6GHz。
　　产品系列是单芯片自适应射频平台。该产品系列现在包括：（第二代）：这款现已开始提供样片并计划于 2019 年 6 月投入量产，不仅符合亚洲地区5G部署的时间规划，而且还支持最新射频技术。
　　（ 第三代）：与基础产品系列相比，可在 RF 数据转换器子系统中对 6GHz以下频段的直接 RF 采样提供全面支持、扩展的毫米波接口，并将功耗降低达 20%。该产品将于 2019 年下半年上市。
　　新产品单芯片集成更高性能的 RF 数据转换器，可为部署 5G 无线通信系统、有线电视接入、高级相控阵雷达解决方案，以及包括测量测试和卫星通信在内的其它应用，提供所需的广泛频段覆盖范围。通过取代分立式组件，这些器件可将功耗及封装尺寸降低 50%，是电信运营商部署5G 系统、实现大规模多输入多输出基站的理想选择。
　　2 热门问答

       赛灵思通信业务主管总监Gilles Garcia与大中华区的高级总监周海天先生回答了《电子产品世界》等媒体的提问。
　　市场2019年，哪几个国家会推出5G？除了中国，韩国发展很快，日本是2020年展开，因为日本东京奥运会在2020年，但比韩国还是慢了一步，还有一个国家是澳大利亚。基本上，2020年欧洲、美国/北美洲都会开始5G布署。5G刚刚开始，未来整个过程需要三到五年，主要原因是5G和4G、3G有很大差异，5G不单单是在通信基础设施方面，还需要手机等终端技术设备的配合。此外，5G还会应用到很多其他层面，包括汽车、工业等等。实际上，5G的应用非常广泛。
　　2.2 与分立的ADC/DAC的关系

       一些模拟公司也推出了6 GHz以下的模拟产品，的应用和它们的冲突吗？实际上，赛灵思在推出RFSoC芯片以前，很多客户部署FPGA加上外置的DAC、ADC的芯片。赛灵思发现很多一级的用户需要继续提高集成水平，这样能减少功耗，同时也能减少设计占用的面积，这样的客户就会选择赛灵思的单芯片。
　　另外在RFSoC的路线图里，主要服务8个传输、8个接收，以及16个传输、16个接收。但除此之外，还有比较低的配置，比如2×2的这种2个传输、2个接收，这样，赛灵思FPGA可以和其他模拟公司伙伴提供低端产品。因此，通过和模拟公司合作，使得赛灵思给客户提供的选择能够覆盖从低端到高端的所有选项。
　　那么，RFSoC适合大规模的MIMO在宏站应用上比较多，但是在5G时代，除了宏站之外，市场对一些（小型基站）也会有需求，针对小型化有比较好的方案？实际上，现在有两个非常明确的应用趋势，室内和室外。室内主要是2×2的，最多是4×4的，在这种情况下，用赛灵思的FPGA再加上外置的DAC、ADC。室外的主要是8×8的配置要求，在这样的情况下，的第一代和第二代产品就能够非常好地满足需求。
　　那 么 ， 像 以 前 传 统 的中频（IF）处理，或者包括这种协议会不会逐渐被直接RF采样所取代？实际上，确实直接采样的接受度目前还是非常高的，因为这能够大大降低复杂程度。
　　但是还有小部分客户有一些自己的想法，他们希望能够实现差异化，所以他们还是希望自己做外部的数字处理，也就是自己在FPGA外置ADC。
　　因此，JESD这类协议标准或者是IF是不会消失的。
　　还有一些小的配置，比如2×2、4×4，服务于一些或者是不同的国家，他们不需要大规模的天线，FPGA加上ADC对于他们来说就是足够好的部署，所以在这种情况下，还是需要JESD204的标准，而且在赛灵思的IP中也是包含的。
　　2.3 三代产品的定位

       第一代产品在全球的销售如何？实际上，根据赛灵思财报，此前RFSoC的营收增长了3倍，主要的驱动力在于韩国早期5G的部署，中国pre-5G的部署，以及在北美关于5G实验的一些部署，但是RFSoC营收并不是全部来源于5G。
　　这次同时推出了两代产品，这是比较少见的，是否意味着将来第三代产品是一个主流，因为它全覆盖，能够用于5G这个频段？实际上，赛灵思第一代产品主要服务于pre-5G或者是5G早期的一些部署，针对的是4GHz的带宽。但是现在有新的频段得到了分配，尤其是在中国和日本，主要是4 GHz到5 GHz的，所以赛灵思推出了第二代产品，希望能够非常及时地给这些运营商提供合适的产品。3GPP还在不断的发展，现在已经要演化到6GHz，这时候第三代产品芯片就是最合适的。
　　所以如果客户要在2021年部署系统，那么第三代产品是最合适的，能够帮助客户满足到时候所需要的一系列应用。
　　另外，全球很多国家在频段分配上的情况是不一样的，可能有一些并不需要4 GHz或者是5 GHz这样的带宽水平，所以可以根据各个国家的情况选择第一到第三代产品。例如如果有一个国家只需要4 GHz带宽，其实第一代芯片就可以满足需求。

　　那么，第二代、第三代除了频率会有提升，还有哪些性能提升？实际上，除了性能方面，第二代是针对，第三代是能满足6 GHz方面的区别。还有一个重要的点是第三代芯片集成了时钟系统。另外，第三代还可以使得DAC、ADC的功能减少20%的功耗，所以它在功耗上也有提升。另外还增加一些新的功能选项，比如插值和抽取，主要是针对毫米波的频率规划方面。
　　这三代产品谁的市场容量更大一些？实际上，这主要涉及客户的系统设计的时间。一般客户设计需要一年的时间才能够完成设计、测试、试验和系统进行生产，如果客户瞄准的频段是4~5 GHz，例如中国市场上，如果2020年、2021年要部署，现在就要开始进行这样的开发，就会选择第二代产品。如果有的客户寻求的是4GHz以下的系统平台，可能在两年前就已开发，采用的已经是第一代产品，预计这些客户会继续部署、开发。
　　功耗、占板面积等的节约情况如何？其实第一代产品已有很大的突破，它和外置的DACADC相比功耗降低50%，占板面积减少75%。第二代产品也有这方面特征。第三代在功耗方面在具体的TDD应用中会降低20%，另外还有一些简化外部时钟设计的提升（注：主要通过时钟集成来达到），在占板面积降低方面有约5%~10%的改进，但是更多的是在成本和复杂性等方面的改善。
　　2.5 下一代产品的规划

       为什么在第四代产品规划中才考虑在RFSoC中加入AI引擎？实际上，在2018年10月，赛灵思CEO在赛灵思开发者大会（XDF）上曾提到了未来的AI平台产品。这是一个7 nm集成的平台，里面会有AI引擎（如图2）。之所以在第四代才有，这是一个市场需求的问题，赛灵思会根据市场的需求和时间表、路线图来做7nm产品，此时7 nm级的RFSoC就会有AI引擎。
　　具体提到AI引擎，首先赛灵思现在已有一些AI的IP能力，但是这种AI能力和7 nm的AI引擎不同：现有的AI的IP能力，也就是16 nm级的，可以支持机器学习等AI的IP；未来的7 nm级的AI引擎，是可以支持深度的无线算法和计算算法的AI引擎。
　　那么，第一代RFSoC是基于16 nm的设计，新出的两代产品也是基于这个设计吗？实际上，从第一代到第二、三代都是以16 nm为基础的。但是第四代会集成到7 nm的Versal平台(注：是赛灵思的首款ACAP平台)。
　　赛灵思的原则是根据市场和客户的需求采用最为合理的技术来满足市场当时的需求。对于第二代和第三代，最为合理的选择就是采用16nm的产品组合，这样可实现引脚和软件的兼容，同时能够兼顾客户的易用程度。第四代是为了满足AI引擎技术架构和新的性能，因此需要使用7 nm技术。

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第4期第21页，欢迎您写论文时引用，并注明出处