今天5月30日周一,中国移动在经过数月的招标测试之后,首批三万台5G小基站的招标结果将揭晓。无论最终花落谁家,业界对5G小基站带来的新生态和技术创新都充满了期待,这也将意味着5G网络建设和产业发展都将到达一个新起点。


回首过往,移动通信发展史上的每一次跃迁都为我们的现实生活带来了翻天覆地的变化。3G打开移动互联网时代,4G开启消费互联网时代,现在5G正在赋能万物智能互联时代。5G作为备受瞩目的新一代移动通信技术,相比前几代移动通信网络,具有更高速率、更大带宽、更低延迟,其发展势必是与新的经济结构转型和商业模式变迁相辅相成,同时半导体行业等基础产业的变化也会支持这些变革。


5G是可以满足万物互联和泛在智能的通信技术的发展目标,能够打造以场景和用户特定信息需求为中心的服务导向型生态系统,让通信技术与未来的生活和工作深度融合并产生无限可能。这就意味着移动通信行业要在传统的“广覆盖+补盲”模式基础上,再加上“补热”及以后基础通信服务能力可选或者定制。


5G网络的建设离不开广泛覆盖和5G宏基站的部署。根据国新办新闻发布会上工业和信息化部相关负责人公布的数据,今年一季度我国5G基站新增13.4万个,累计建成开通155.9万个,5G网络已覆盖全国所有地级市和县城城区。随着上百万5G宏基站的落地,基本解决了室外的连续覆盖和室内浅层覆盖,现在运营商正将更多的精力转移到细分场景的覆盖和需求满足上。


从覆盖到满足场景需求——备受关注的5G小基站招标
作为5G基站中的另一种类型,5G小基站(包括微基站、皮基站、飞基站)可以对宏基站形成有效补充,一方面增强室内覆盖深度,另一方面还能深入垂直行业的应用场景满足其需求。此外,小基站不仅在功耗和成本上具有极大的优势,而且运营商可以根据客户的需求进行灵活部署,以及提供可选的信息服务模式,可充分发挥对社会经济发展的促进作用。


几年前,3GPP这个全球性行业和标准组织为推进5G创新和应用落地,定义了5G的三大应用场景,即用于超高清视频和沉浸式元宇宙等高速度大流量移动宽带业务的eMBB,用于大规模机器互联等物联网业务的mMTC,以及支持诸如无人驾驶和工业自动化等低延迟业务的URLLC。但是在5G已经发牌三年后的今天,越来越多的行业人士发现要基于场景去高效满足用户需求,运营商可能需要用到5G小基站这种新式武器。
正是因为如此,从今年年初开始的中国电信和中国移动5G小基站招标测试才引起了行业内外的广泛关注。鉴于5G小基站的多方面优势和巨大的市场规模,国内外诸多厂商都在积极参与小基站相关产品的设计开发工作,助力5G小基站加快发展。


所以,北京华兴万邦管理咨询有限公司认为5G小基站并不是5G宏基站的缩减版,5G小基站本身也需要实现架构性的底层创新,才能避免传统宏基站的高成本、高功耗架构。将宏基站中大量使用的高性能CPU和大型FPGA替换为高性能的SoC,才能实现5G小基站的性能、价格和能效目标。我们以比科奇推出全球第一颗高性能的5G小基站基带芯片为例来进行分析。

 

比科奇(Picocom)推出的用于5G小基站的PC802基带芯片


比科奇(Picocom)作为一家5G小基站系统级基带芯片和运营商级软件提供商,一直致力于以技术创新驱动5G发展。2021年底,比科奇推出了其采用先进工艺的、一次流片成功的5G小基站基带芯片PC802,今年又发布了其配套的物理层软件,PC802芯片无缝支持集中式小基站和分布式小基站,同时支持4G、5G双模工作,还支持3GPP R15和R16,并为后续演进预留了空间。


为什么是PC802?
比科奇将市场需求与技术创新相结合,重磅推出的PC802基带芯片可实现以往需要多块FPGA+CPU芯片才能完成的强大的物理层功能,极大降低了5G小基站的复杂度、成本和功耗。基于PC802的解决方案可支持电信运营商、设备制造商、终端制造商、增值服务提供商以及产业生态伙伴去开发更高性价比和高能效的5G小基站产品,从而赋能智慧生活、智能制造、智慧交通、数字购物、远程医疗等诸多领域,使人们的工作和生活更加便捷和美好。


得益于自身产品的诸多优势,PC802芯片一经推出就迅速得到国内外数十家小基站开发企业的青睐,为5G小基站加快开发提供了有效助力。在推出PC802基带芯片和软件后,比科奇继续加快创新落地应用的脚步。近日,比科奇又与Radisys共同推出了基于PC802芯片和Radisys Connect RAN 5G软件的5G小基站联合解决方案。


该解决方案是在O-RAN split 7.2架构基础上实现的,其使用在英特尔x86 COTS服务器上运行的Radisys RAN协议栈软件提供层二和层三(L2和L3)处理,而安装在内插式加速板卡上的比科奇PC802芯片则运行层一(L1)和开放式前传(OFH)的处理任务。L2和L1之间的接口符合标准的小基站论坛(SCF)的FAPI协议。

 

 

为什么是PC802这个问题现在已经得到了答案。在全球小基站联盟(SCF)最新公布的2022年度SCF小基站产业促进奖项中,比科奇的PC802芯片荣获“小基站网络芯片及组件杰出创新金奖”,这充分表明了业界对比科奇和PC802芯片的肯定。


如何给SoC和ASIC加上永不过时的灵活性?甚至更多
在移动通信技术的发展历程中,FPGA技术一直得到广泛应用。在3G和4G设计中,系统的许多重要部分都采用了基于独立FPGA芯片设计。这一方面是因为FPGA作为一种可编程硬件具有很高的并行计算能力,另一方面则是因为标准和协议不断的演进,需要采用FPGA的可编程性来应对新的变化和需求。


在移动通信技术向5G甚至更远不断演进的同时,FPGA技术也在不断的演进。一方面独立FPGA芯片出现了像Achronix Speedster7t这种在同一颗芯片里集成了可在全域运送大量数据的二维片上网络(2D NoC)和加速数据处理的机器学习处理器(MLP);另一方面可以被集成到SoC或者ASIC的高性能嵌入式FPGA(eFPGA)也开始大行其道,为数据中心和通信行业带来了新一档灵活性。


当前,在5G设计的各个领域, FPGA和eFPGA技术仍然大有用武之地。也就是说即使诸如比科奇的PC802这样的基带SoC可以为新一代5G小基站大幅度降低成本和功耗,但是在5G宏基站或者无线基础设施其他的层面上还在使用FPGA,而更新的模式是可以在各种SoC或ASIC中集成eFPGA而保持了应对标准和功能演进的灵活性。


我们以Achronix半导体公司为例,该公司作为全球唯一一家提供高端FPGA芯片和eFPGA半导体知识产权(IP)解决方案的独立供应商,一直努力和多家合作伙伴开发各种通信和计算基础设施解决方案,包括开发基于FPGA和eFPGA的5G解决方案。例如,Achronix正和Napatech、Accolade等公司合作开发用于智能网卡(SmartNIC)的IP,这些智能网卡可满足多种不同的5G需求。

 

Achronix为客户的高性能SoC或ASIC提供的eFPGA单元


与独立FPGA相比,在SoC中集成eFPGA功能为5G设计提供了一种更灵活、可扩展、成本更低的理想解决方案。Achronix的Speedcore™ eFPGA IP架构包含了许多架构性增强功能,可显著提高性能、降低功耗并缩小芯片面积,从而最大限度地提高5G RAN设计性能,同时仍能满足这些新设计严格的功耗目标。


在未来,Achronix这种独有的开发和销售独立FPGA芯片和eFPGA IP商业模式还将为5G等ICT基础设施行业带来巨大的价值,华兴万邦认为这是一种可以利用的新的硬件创新模式。


由于这些产品都采用了同一个开发工具,用户可以利用Achronix带有2D NoC和MLP的Speedster®7t独立FPGA芯片开发应用,并在应用的规模增加后利用Speedcore eFPGA IP来开发自己的SoC或者ASIC,其早期基于Speedster7t的开发成果可以便捷地移植到新的SoC或者ASIC上,以进一步降低成本和功耗,这种模式也可以用来满足5G-A和6G的需求,在标准演进和功能调整的同时去实现一些更前沿的新兴功能。


总结与展望
我们数字化、智能化的未来生活将基于云计算、大数据和人工智能来实现,而为应用场景提供良好的5G网络覆盖是支撑这一切的基础,因此5G基站建设异常重要。从目前运营商招标测试的进展来看,在继续保持5G宏基站部署的同时,在今后几年内我们有望迎来5G小基站部署的高峰,5G技术创新定将不断涌现,为我们开启美好的智慧生活提供强大助力。