基频IP平台满足大规模MIMO应用需求

5G 基础设施扩建是现在进行式，但我们仍处于成长曲线的初期阶段。中国是相关基础设施的领跑者，但北美和欧洲目前亦加速赶上；目前市场主要由五家第 1 级设备厂商主宰：Nokia、Ericsson、中兴通讯（ZTE）、华为和三星，至于规模较小的厂商现在也逐渐进入市场。

多亏开放式无线存取网络（Open RAN），让小规模的厂商得以提供大规模多输入/多输出系统（MIMO）无线电单元或基频分布单元等解决方案，并且无须动用现今第 1 级厂商标配的端对端解决方案，例如处理核心对天线。

在这一方面，厂商有许多做出鉴别度的机会。目前的实作取决于市面上可用的硅芯片选项，多为价格昂贵且高耗电的现场可程序化门阵列 （FPGA） 或 x86 处理器。若以特殊应用集成电路（ASIC）作为替代方案，除了解决方案厂商自身的附加价值，还可提供更高的传输量、较低的耗电功率，以及较少的成本。

这方面的商机已相当成熟，我们可以看到5G价值链企业、半导体和收发器厂商、原厂设备制造商（OEM）、第 1 级厂商、原厂设计制造商（ODM），甚至是电信业者皆参与其中。各领域的厂商皆盼望在这波科技演进中掌握自身的命运。

为何 ASIC 较适合大规模 MIMO？
首先，请想想目前市面上可用于 Open-RAN 实作的分布单元（DU）/小型基地台组件。一般实作服务会以在 x86 平台运行的软件中的第 1 层实作为基础，并搭配一或多个 FPGA，主要用于加速前向错误更正。这项方法虽然弹性十足，但要是所有处理链和工作负载都在一般用途的处理核心上运行，效能扩充便会受限。大规模 MIMO 需要支持更多平行通道，使问题变得更加复杂。

现在想想 Open RAN 架构的无线电单元（RU）。这些单元通常是以专门用于波束成形的高阶且昂贵的FPGA，以及RF收发器的数字前端来进行实作。不过，现在的 5G 大型基地台预期要支持大规模 MIMO，因此需要更高层级的平行处理（亦即更多 FPGA）来管理更多信道。同样地，使用现有组件来扩充效能，将无法达到合理的成本或用电效率目标。


 
图一 : 比较传统 Open RAN 解决方案和 ASIC 解决方案

适用于大规模 MIMO 5G RAN 的 PentaG-RAN
CEVA目前已推出第二代的 PentaG-RAN 5G NR 基频调制解调器 IP 平台。此平台经过精心设计，得以满足大规模 MIMO RAN 装置所需的极致效能、延迟和功率需求，而且采用先进的向量和纯量 DSP 处理器，并加入多个经微调的 HW 加速引擎，提供完整的讯号路径内嵌加速。

首先谈谈 DU/小型基地站应用。与传统 COTS 解决方案不同，此平台可加速完整的讯号路径，同时仍保有 SDR 灵活性，让 OEM 得以自定义旁路计算，例如通道预估等。

此平台可进行全面性规模调整，从专用网络中的小型基地台部署，到支持大规模 MIMO 和虚拟 RAN 实作的全方位大型基地台都没问题。这项规模调整能力，来自于CEVA-XC16向量DSP集群，而软件控制支持则来自CEVA-BX2纯量处理器；此异质平台随附一套全方位的讯号路径加速器与共同处理器，以及丰富的 5G 软件 SDK 与链接库。


 
图二 : 适用于 5G DU/小型基地台的 PentaG2 RAN 平台

现在想想 Open RAN 无线电单元。适合此应用的 PentaG-RAN 平台搭载向量与纯量 DSP 处理核心，处理通道预估和波束成形等算法。同样地，多天线讯号路径所需的大规模运算能力已完全对应至硬件加速器，并且全程皆具备规模调整能力。丰富的软件链接库提供多种级别的矩阵运算，以便支持波束成形、预编码和其他操作。波束成形区块也可以嵌入不同的小芯片，方便 OEM 规划可调整规模的小芯片实作。



 
图三 : PentaG2 RAN 无线电平台

适用于大规模 MIMO Open RAN 的一站式 ASIC 设计
有许多客户乐于将我们的 IP 嵌入其设计。但我们也了解，进入此领域的 OEM厂商认为他们的价值在于软件、模块和系统服务，而未必在于 ASIC 设计。针对这点，我们透过 CEVA-Intrinsix 集团为客户提供一站式协同服务。

对于这类客户，我们可以设计和建置完整的 ASIC，最高可到实体实作签核和芯片测试。这项服务可从架构设计一路提供至实作导入，再搭配完整的软件堆栈执行。此服务为协同合作，就客户需求与客户进行密切合作，以针对目标应用建置优化功能组，并建议有哪些面向可进一步有鉴别度。

（本文作者Nir Shapira为CEVA公司业务发展总监）