作者：陳嬌、陳皓、劉朝暉
北京華興萬(wàn)邦管理咨詢(xún)有限公司
今天5月30日周一，中國(guó)移動(dòng)在經(jīng)過(guò)數(shù)月的招標(biāo)測(cè)試之后，首批三萬(wàn)臺(tái)5G小基站的招標(biāo)結(jié)果將揭曉。無(wú)論最終花落誰(shuí)家，業(yè)界對(duì)5G小基站帶來(lái)的新生態(tài)和技術(shù)創(chuàng)新都充滿(mǎn)了期待，這也將意味著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都將到達(dá)一個(gè)新起點(diǎn)。
回首過(guò)往，移動(dòng)通信發(fā)展史上的每一次躍遷都為我們的現(xiàn)實(shí)生活帶來(lái)了翻天覆地的變化。3G打開(kāi)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，4G開(kāi)啟消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，現(xiàn)在5G正在賦能萬(wàn)物智能互聯(lián)時(shí)代。5G作為備受矚目的新一代移動(dòng)通信技術(shù)，相比前幾代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，具有更高速率、更大帶寬、更低延遲，其發(fā)展勢(shì)必是與新的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和商業(yè)模式變遷相輔相成，同時(shí)半導(dǎo)體行業(yè)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的變化也會(huì)支持這些變革。
5G是可以滿(mǎn)足萬(wàn)物互聯(lián)和泛在智能的通信技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，能夠打造以場(chǎng)景和用戶(hù)特定信息需求為中心的服務(wù)導(dǎo)向型生態(tài)系統(tǒng)，讓通信技術(shù)與未來(lái)的生活和工作深度融合并產(chǎn)生無(wú)限可能。這就意味著移動(dòng)通信行業(yè)要在傳統(tǒng)的“廣覆蓋+補(bǔ)盲”模式基礎(chǔ)上，再加上“補(bǔ)熱”及以后基礎(chǔ)通信服務(wù)能力可選或者定制。
5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)離不開(kāi)廣泛覆蓋和5G宏基站的部署。根據(jù)國(guó)新辦新聞發(fā)布會(huì)上工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人公布的數(shù)據(jù)，今年一季度我國(guó)5G基站新增13.4萬(wàn)個(gè)，累計(jì)建成開(kāi)通155.9萬(wàn)個(gè)，5G網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國(guó)所有地級(jí)市和縣城城區(qū)。隨著上百萬(wàn)5G宏基站的落地，基本解決了室外的連續(xù)覆蓋和室內(nèi)淺層覆蓋，現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)商正將更多的精力轉(zhuǎn)移到細(xì)分場(chǎng)景的覆蓋和需求滿(mǎn)足上。
從覆蓋到滿(mǎn)足場(chǎng)景需求——備受關(guān)注的5G小基站招標(biāo)
作為5G基站中的另一種類(lèi)型，5G小基站（包括微基站、皮基站、飛基站）可以對(duì)宏基站形成有效補(bǔ)充，一方面增強(qiáng)室內(nèi)覆蓋深度，另一方面還能深入垂直行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景滿(mǎn)足其需求。此外，小基站不僅在功耗和成本上具有極大的優(yōu)勢(shì)，而且運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)客戶(hù)的需求進(jìn)行靈活部署，以及提供可選的信息服務(wù)模式，可充分發(fā)揮對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用。
幾年前，3GPP這個(gè)全球性行業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)組織為推進(jìn)5G創(chuàng)新和應(yīng)用落地，定義了5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景，即用于超高清視頻和沉浸式元宇宙等高速度大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的eMBB，用于大規(guī)模機(jī)器互聯(lián)等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的mMTC，以及支持諸如無(wú)人駕駛和工業(yè)自動(dòng)化等低延遲業(yè)務(wù)的URLLC。但是在5G已經(jīng)發(fā)牌三年后的今天，越來(lái)越多的行業(yè)人士發(fā)現(xiàn)要基于場(chǎng)景去高效滿(mǎn)足用戶(hù)需求，運(yùn)營(yíng)商可能需要用到5G小基站這種新式武器。
正是因?yàn)槿绱耍瑥慕衲昴瓿蹰_(kāi)始的中國(guó)電信和中國(guó)移動(dòng)5G小基站招標(biāo)測(cè)試才引起了行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。鑒于5G小基站的多方面優(yōu)勢(shì)和巨大的市場(chǎng)規(guī)模，國(guó)內(nèi)外諸多廠商都在積極參與小基站相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作，助力5G小基站加快發(fā)展。
所以，北京華興萬(wàn)邦管理咨詢(xún)有限公司認(rèn)為5G小基站并不是5G宏基站的縮減版，5G小基站本身也需要實(shí)現(xiàn)架構(gòu)性的底層創(chuàng)新，才能避免傳統(tǒng)宏基站的高成本、高功耗架構(gòu)。將宏基站中大量使用的高性能CPU和大型FPGA替換為高性能的SoC，才能實(shí)現(xiàn)5G小基站的性能、價(jià)格和能效目標(biāo)。我們以比科奇推出全球第一顆高性能的5G小基站基帶芯片為例來(lái)進(jìn)行分析。
比科奇（Picocom）推出的用于5G小基站的PC802基帶芯片
比科奇（Picocom）作為一家5G小基站系統(tǒng)級(jí)基帶芯片和運(yùn)營(yíng)商級(jí)軟件提供商，一直致力于以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)5G發(fā)展。2021年底，比科奇推出了其采用先進(jìn)工藝的、一次流片成功的5G小基站基帶芯片PC802，今年又發(fā)布了其配套的物理層軟件，PC802芯片無(wú)縫支持集中式小基站和分布式小基站，同時(shí)支持4G、5G雙模工作，還支持3GPP R15和R16，并為后續(xù)演進(jìn)預(yù)留了空間。
為什么是PC802?
比科奇將市場(chǎng)需求與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合，重磅推出的PC802基帶芯片可實(shí)現(xiàn)以往需要多塊FPGA+CPU芯片才能完成的強(qiáng)大的物理層功能，極大降低了5G小基站的復(fù)雜度、成本和功耗�；赑C802的解決方案可支持電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商、終端制造商、增值服務(wù)提供商以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)伙伴去開(kāi)發(fā)更高性?xún)r(jià)比和高能效的5G小基站產(chǎn)品，從而賦能智慧生活、智能制造、智慧交通、數(shù)字購(gòu)物、遠(yuǎn)程醫(yī)療等諸多領(lǐng)域，使人們的工作和生活更加便捷和美好。
得益于自身產(chǎn)品的諸多優(yōu)勢(shì)，PC802芯片一經(jīng)推出就迅速得到國(guó)內(nèi)外數(shù)十家小基站開(kāi)發(fā)企業(yè)的青睞，為5G小基站加快開(kāi)發(fā)提供了有效助力。在推出PC802基帶芯片和軟件后，比科奇繼續(xù)加快創(chuàng)新落地應(yīng)用的腳步。近日，比科奇又與Radisys共同推出了基于PC802芯片和Radisys Connect RAN 5G軟件的5G小基站聯(lián)合解決方案。
該解決方案是在O-RAN split 7.2架構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，其使用在英特爾x86 COTS服務(wù)器上運(yùn)行的Radisys RAN協(xié)議棧軟件提供層二和層三（L2和L3）處理，而安裝在內(nèi)插式加速板卡上的比科奇PC802芯片則運(yùn)行層一（L1）和開(kāi)放式前傳（OFH）的處理任務(wù)。L2和L1之間的接口符合標(biāo)準(zhǔn)的小基站論壇（SCF）的FAPI協(xié)議。
為什么是PC802這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)得到了答案。在全球小基站聯(lián)盟（SCF）最新公布的2022年度SCF小基站產(chǎn)業(yè)促進(jìn)獎(jiǎng)項(xiàng)中，比科奇的PC802芯片榮獲“小基站網(wǎng)絡(luò)芯片及組件杰出創(chuàng)新金獎(jiǎng)”，這充分表明了業(yè)界對(duì)比科奇和PC802芯片的肯定。
如何給SoC和ASIC加上永不過(guò)時(shí)的靈活性？甚至更多
在移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程中，F(xiàn)PGA技術(shù)一直得到廣泛應(yīng)用。在3G和4G設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的許多重要部分都采用了基于獨(dú)立FPGA芯片設(shè)計(jì)。這一方面是因?yàn)镕PGA作為一種可編程硬件具有很高的并行計(jì)算能力，另一方面則是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)和協(xié)議不斷的演進(jìn)，需要采用FPGA的可編程性來(lái)應(yīng)對(duì)新的變化和需求。
在移動(dòng)通信技術(shù)向5G甚至更遠(yuǎn)不斷演進(jìn)的同時(shí)，F(xiàn)PGA技術(shù)也在不斷的演進(jìn)。一方面獨(dú)立FPGA芯片出現(xiàn)了像Achronix Speedster7t這種在同一顆芯片里集成了可在全域運(yùn)送大量數(shù)據(jù)的二維片上網(wǎng)絡(luò)（2D NoC）和加速數(shù)據(jù)處理的機(jī)器學(xué)習(xí)處理器（MLP）；另一方面可以被集成到SoC或者ASIC的高性能嵌入式FPGA（eFPGA）也開(kāi)始大行其道，為數(shù)據(jù)中心和通信行業(yè)帶來(lái)了新一檔靈活性。
當(dāng)前，在5G設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA和eFPGA技術(shù)仍然大有用武之地。也就是說(shuō)即使諸如比科奇的PC802這樣的基帶SoC可以為新一代5G小基站大幅度降低成本和功耗，但是在5G宏基站或者無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施其他的層面上還在使用FPGA，而更新的模式是可以在各種SoC或ASIC中集成eFPGA而保持了應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和功能演進(jìn)的靈活性。
我們以Achronix半導(dǎo)體公司為例，該公司作為全球唯一一家提供高端FPGA芯片和eFPGA半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）解決方案的獨(dú)立供應(yīng)商，一直努力和多家合作伙伴開(kāi)發(fā)各種通信和計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，包括開(kāi)發(fā)基于FPGA和eFPGA的5G解決方案。例如，Achronix正和Napatech、Accolade等公司合作開(kāi)發(fā)用于智能網(wǎng)卡（SmartNIC）的IP，這些智能網(wǎng)卡可滿(mǎn)足多種不同的5G需求。
Achronix為客戶(hù)的高性能SoC或ASIC提供的eFPGA單元
與獨(dú)立FPGA相比，在SoC中集成eFPGA功能為5G設(shè)計(jì)提供了一種更靈活、可擴(kuò)展、成本更低的理想解決方案。Achronix的Speedcore™eFPGA IP架構(gòu)包含了許多架構(gòu)性增強(qiáng)功能，可顯著提高性能、降低功耗并縮小芯片面積，從而最大限度地提高5G RAN設(shè)計(jì)性能，同時(shí)仍能滿(mǎn)足這些新設(shè)計(jì)嚴(yán)格的功耗目標(biāo)。
在未來(lái)，Achronix這種獨(dú)有的開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售獨(dú)立FPGA芯片和eFPGA IP商業(yè)模式還將為5G等ICT基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)帶來(lái)巨大的價(jià)值，華興萬(wàn)邦認(rèn)為這是一種可以利用的新的硬件創(chuàng)新模式。
由于這些產(chǎn)品都采用了同一個(gè)開(kāi)發(fā)工具，用戶(hù)可以利用Achronix帶有2D NoC和MLP的Speedster®7t獨(dú)立FPGA芯片開(kāi)發(fā)應(yīng)用，并在應(yīng)用的規(guī)模增加后利用Speedcore eFPGA IP來(lái)開(kāi)發(fā)自己的SoC或者ASIC，其早期基于Speedster7t的開(kāi)發(fā)成果可以便捷地移植到新的SoC或者ASIC上，以進(jìn)一步降低成本和功耗，這種模式也可以用來(lái)滿(mǎn)足5G-A和6G的需求，在標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)和功能調(diào)整的同時(shí)去實(shí)現(xiàn)一些更前沿的新興功能。
總結(jié)與展望
我們數(shù)字化、智能化的未來(lái)生活將基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能來(lái)實(shí)現(xiàn)，而為應(yīng)用場(chǎng)景提供良好的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋是支撐這一切的基礎(chǔ)，因此5G基站建設(shè)異常重要。從目前運(yùn)營(yíng)商招標(biāo)測(cè)試的進(jìn)展來(lái)看，在繼續(xù)保持5G宏基站部署的同時(shí)，在今后幾年內(nèi)我們有望迎來(lái)5G小基站部署的高峰，5G技術(shù)創(chuàng)新定將不斷涌現(xiàn)，為我們開(kāi)啟美好的智慧生活提供強(qiáng)大助力。