5G时代，RF SoC如何化解诸多挑战？

“2018 年，3GPP 已经发布了第 16 版通信协议，相当于是 5G 基础版的协议，很快还会发布更新的第 17 版，面对多频段、多频率、多市场、多协议的通信市场，FPGA 显然更加适合，需要 18-24 个月开发周期的 ASIC 很难应对这些复杂的环境。但 ASIC 并不会在网络世界消失，存在于更加细分的市场。”

赛灵思（Xilinx）全球无线和有线市场总监 Gilles Garcia 在上海 2019 年世界通信移动大会上对于未来 RF 芯片市场做了如此评述。从他的描述来看，如果放在橄榄球赛场上，FPGA 加持的 RF SoC 更像是一个顶级的“四分卫”，拥有出色的实力加上杰出的临场应变能力，这些都是可编程、高吞吐、低时延的 FPGA 与生俱来的能力。

赛灵思全球无线和有线市场总监 Gilles Garcia

5G 时代的趋势和挑战
虽然 5G 还没有实现大规模商用，但是全球各地在不断地制造 5G 的大新闻，各个国家都在加紧布局 5G。毫无疑问，接下来的几年 5G 将用更快的网络将我们包围，是一个可预见的商业蓝海。全球第二大市场研究机构 MarketsandMarkets 日前发布报告称，预计到 2025 年，全球 5G 市场规模将从 2020 年的 539.3 亿美元增长到 1232.7 亿美元，预测期（2020 年—2025 年）内的复合年增长率（CAGR）为 18％。

当然，5G 的快速发展同样伴随着巨大的挑战，这些挑战来源于技术、市场、研发等诸多方面，而 RF 无疑是第一个要解决的挑战。

Gilles Garcia 表示，5G 时代有三个大的趋势。第一个是数据大爆炸，以视频和图像为主的非结构化信息，在未来需要让它变成结构化的信息，就要求有更多的加速，也要求有更好的芯片，当然也离不开有更大的带宽；第二个是人工智能，AI 技术是属于横向的应用，所有的不同的垂直的市场都会受到它的影响，包括 5G、汽车、工业、航天、国防科技领域，以及数据中心都会受到人工智能来临的影响；第三个是摩尔时代的终结，摩尔定律快到终点了，未来就不能靠芯片设计周期的更新来达到我们所需要的心理预期速度，更多的要靠芯片层面的架构。

三大趋势的共同之处就要求有更高的性能，更多的带宽，更强的计算能力，也需要有更多的加速。Gilles Garcia 指出这些要求带来了全新的技术挑战。

“第一大挑战就是已经出现的 Massive MIMO，大规模天线阵列如何管理无线电方面的复杂性；第二大挑战是如何管理好前传的带宽的需求；第三大挑战是数据回传的问题，回程吞吐量增加 10 倍，必须有非常强大的回传处理能力才可以支持这么多的用户，从原来的 4G 时只有 1G 的速率，以后要达到 5～10G 的速率。” Gilles Garcia 在介绍中讲到。

赛灵思的 5G 产品组合
面对复杂多变的 5G 时代新挑战，赛灵思准备好了吗？Gilles Garcia 认为 5G 时代的新需求和新挑战恰恰是赛灵思的强项。

通过 Gilles Garcia 的介绍我们了解到：

为应对天线设计的复杂性，赛灵思能够很好地完成和简化产品架构解决可扩展性方面的挑战。首先，凭借赛灵思的产品组合，全新的产品设计可以消除中间大量的收发器，而这些收发器在过往是必须的。另外，赛灵思在 PSI 方面和其他的合作伙伴一起协作来创新和提升。最后，也同样重要的是，赛灵思在促进数字的创新，使得运营商可以采用高级的波束成形算法，用于 5G NR 标准向下的高级算法。

上述提到的，在产品架构图上把收发器取消，对 DAC/ADC 和 DFE 加以整合的全新产品，就是赛灵思的 RF SoC 器件，这在 18 个月之前就发布，到今天已经全面投入生产。

5G 时代， mMIMO 超大规模天线阵列最大的好处就是具备传统天线阵列不可比拟的可扩展能力，在它所覆盖的领域，覆盖能力以及密度可以进一步提升。因此，可以利用更低的成本实现更高的数据吞吐量。赛灵思第一代 RFSoC 产品是 2018 年投产，拥有可以覆盖到 4GHz 的能力，能够支持 8X8 天线或 16×16 天线。2 月份在巴塞罗那世界移动大会上，赛灵思推出第二代 RFSoC 的产品，能够做到 4.9GHz。第三代的芯片是可以完全覆盖到 6GHz 以下所有的频段，最近中国也是宣布分配 5～6GHz 的范围，赛灵思新的产品是完全可以支持的，第三代产品今年就可以发货。

下一代的产品，称之为 Versal 平台，是 7 纳米级的芯片，它会带来全新的体验。相比现有的 16 纳米技术而言，有了 7 纳米的芯片之后，赛灵思预计 5G 的支撑能力可以提升 4 倍。

同时，Versal 平台上面的 AI 引擎也可以支持机器学习，机器学习的性能提高，相比现在 16 纳米的技术提高 20 倍，同时使功耗降低 40%。

未来 Versal 进一步发展的话，能够做到支持新一代多 GSPS、直接 RF-ADC/DAC，集成 DDC/DUC、DOCSIS 的 SD-FEC。

“在 5G 网络，包括无线电的部分，赛灵思已经是领先的。凭借我们现在产品的组合，我们可以覆盖到 5G 整个链路当中每个环节的需求，从无线电到前传到基站到运营商的数据中心，最后到边缘计算和网络核心我们都能覆盖。赛灵思的 RF SoC 产品家族，由于集成了 DAC 和 ADC，可以说是完美地适应 5G 网络的部署和发展。同时，它集成了 AI 引擎，可以把人工智能的能力覆盖到全网。凭借我们的 RF SoC 技术可以提供最优的性能和最大的吞吐量。凭借 ACAP 的技术，使网络变得更加智能化，更加地自组织。” Gilles Garcia 最后说。

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