基頻IP平臺滿足大規模MIMO應用需求

5G 基礎設施擴建是現在進行式，但我們仍處于成長曲線的初期階段。中國是相關基礎設施的領跑者，但北美和歐洲目前亦加速趕上；目前市場主要由五家第 1 級設備廠商主宰：Nokia、Ericsson、中興通訊（ZTE）、華為和三星，至于規模較小的廠商現在也逐漸進入市場。

多虧開放式無線存取網絡（Open RAN），讓小規模的廠商得以提供大規模多輸入/多輸出系統（MIMO）無線電單元或基頻分布單元等解決方案，并且無須動用現今第 1 級廠商標配的端對端解決方案，例如處理核心對天線。

在這一方面，廠商有許多做出鑒別度的機會。目前的實作取決于市面上可用的硅芯片選項，多為價格昂貴且高耗電的現場可程序化門陣列 （FPGA） 或 x86 處理器。若以特殊應用集成電路（ASIC）作為替代方案，除了解決方案廠商自身的附加價值，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價值鏈企業、半導體和收發器廠商、原廠設備制造商（OEM）、第 1 級廠商、原廠設計制造商（ODM），甚至是電信業者皆參與其中。各領域的廠商皆盼望在這波科技演進中掌握自身的命運。

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 實作的分布單元（DU）/小型基地臺組件。一般實作服務會以在 x86 平臺運行的軟件中的第 1 層實作為基礎，并搭配一或多個 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，效能擴充便會受限。大規模 MIMO 需要支持更多平行通道，使問題變得更加復雜。

現在想想 Open RAN 架構的無線電單元（RU）。這些單元通常是以專門用于波束成形的高階且昂貴的FPGA，以及RF收發器的數字前端來進行實作。不過，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）來管理更多信道。同樣地，使用現有組件來擴充效能，將無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。此平臺經過精心設計，得以滿足大規模 MIMO RAN 裝置所需的極致效能、延遲和功率需求，而且采用先進的向量和純量 DSP 處理器，并加入多個經微調的 HW 加速引擎，提供完整的訊號路徑內嵌加速。

首先談談 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。

此平臺可進行全面性規模調整，從專用網絡中的小型基地臺部署，到支持大規模 MIMO 和虛擬 RAN 實作的全方位大型基地臺都沒問題。這項規模調整能力，來自于CEVA-XC16向量DSP集群，而軟件控制支持則來自CEVA-BX2純量處理器；此異質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 無線電單元。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作。



 
圖三 : PentaG2 RAN 無線電平臺

適用于大規模 MIMO Open RAN 的一站式 ASIC 設計
有許多客戶樂于將我們的 IP 嵌入其設計。但我們也了解，進入此領域的 OEM廠商認為他們的價值在于軟件、模塊和系統服務，而未必在于 ASIC 設計。針對這點，我們透過 CEVA-Intrinsix 集團為客戶提供一站式協同服務。

對于這類客戶，我們可以設計和建置完整的 ASIC，最高可到實體實作簽核和芯片測試。這項服務可從架構設計一路提供至實作導入，再搭配完整的軟件堆棧執行。此服務為協同合作，就客戶需求與客戶進行密切合作，以針對目標應用建置優化功能組，并建議有哪些面向可進一步有鑒別度。

（本文作者Nir Shapira為CEVA公司業務發展總監）