從無線電到核心網(wǎng)，AMD賦能5G全鏈路高性能計(jì)算

AMD是一家高性能計(jì)算公司，但在其收購賽靈思之后，還有了另一個(gè)身份——5G和通信基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的端到端全鏈路的“計(jì)算方案提供商”。在當(dāng)前5G快速普及和發(fā)展的階段，來自原賽靈思的靈活可配置FPGA加上AMD的高性能計(jì)算芯片，賦能5G在高帶寬和垂直領(lǐng)域兩個(gè)應(yīng)用方向上快速落地。近日AMD召開了以“加速5G網(wǎng)絡(luò)”為主題的媒體發(fā)布會(huì)，AMD 數(shù)據(jù)中心與通信事業(yè)部高級總監(jiān) Gilles Garcia介紹了其5G全鏈的產(chǎn)品和相關(guān)應(yīng)用動(dòng)態(tài)。

應(yīng)對5G RAN端到端全鏈挑戰(zhàn)

整個(gè)5G的RAN可以分為蜂窩基站、邊緣云和核心網(wǎng)絡(luò)三大部分，更高的數(shù)據(jù)吞吐量、更復(fù)雜的算法、波束和跟蹤等新技術(shù)給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來了更大的挑戰(zhàn)。

在蜂窩基站這一端，也就是RU這一端：由于5G 3GPP引入了非常多復(fù)雜的元素，所以應(yīng)用商可以采用不同的無線電配置可以做更多工作，比如說一些小蜂窩、4T4R、8T8R，大規(guī)模MIMO，二或三個(gè)頻帶的無線電等。這種靈活的多樣化的配置方式，給高能效的無線電計(jì)算帶來了挑戰(zhàn)。

在邊緣云這一端：高容量、多樣化的前傳數(shù)據(jù)從無線電單元進(jìn)入分布式單元（DU），經(jīng)過DU處理進(jìn)入集中式單元（CU），給DU和CU單元帶來了更高的計(jì)算復(fù)雜性，帶寬和通量的提升也對計(jì)算能力的要求有所提高，需要針對不同用戶賦予不同的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)不同的計(jì)算能力的匹配。此外，在CU中還面臨著更多的安全性挑戰(zhàn)，需要實(shí)現(xiàn)更多高性能的安全和匯總。Gilles Garcia表示，“大規(guī)模MIMO的無線電在蜂窩塔上，就會(huì)有300GB的數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)入到分布式單元，所以在處理數(shù)據(jù)方面的計(jì)算要求是非常高的。集中式單元要匯總很多的無線電和終端的用戶，就會(huì)給計(jì)算要求帶來很多的壓力，必須要對CU的安全功能進(jìn)行大量的計(jì)算處理?！?

在5G核心網(wǎng)絡(luò)方面，當(dāng)前普遍都采用的虛擬RAN，因此會(huì)需要容器化和編排方面的功能。虛擬RAN同時(shí)還要支持多個(gè)供應(yīng)商，因此需要很高的集成度和互操作性。“因?yàn)楝F(xiàn)在有很多內(nèi)容都已經(jīng)軟件化，所以就會(huì)有很高的計(jì)算要求。”Gilles Garcia分享到，“基于這么多的加速需求，就需要把這些功能從CPU上卸載下來，然后進(jìn)行專門的加速，降低它的時(shí)延和功耗，并且減少需要使用的核心數(shù)量?！?

從上述的5G全鏈條的梳理來看，從基站到DU、CU，再到最終的核心網(wǎng)，5G網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新對于每個(gè)環(huán)節(jié)都提出了新的計(jì)算和加速挑戰(zhàn)，靈活、高性能、高能效的加速和計(jì)算芯片成為了發(fā)揮5G效能的關(guān)鍵。

在無線電單元方面，AMD能夠提供非常豐富的技術(shù)平臺(tái)，包括單一的無線電單元“RFSoC DFE”、適合做大規(guī)模MIMO的“Versal 7nm系列”和“Zynq MPSoC”。在DU、CU和核心網(wǎng)部分，AMD通過EPYC處理器與賽靈思的加速板一起，滿足不同的加速和計(jì)算需求。

面向無線電的全新16nm SoC：性能翻倍，功耗減半

AMD從2018年開始推出RFSoC第一代和第三代，2020年AMD推出了RFSoC DFE，實(shí)現(xiàn)了以ASIC為基礎(chǔ)的一個(gè)80%的優(yōu)化，最高能夠達(dá)到400兆赫的瞬時(shí)帶寬，有非常高的集成度和非常低的功耗。

高集成度方面，Zynq RFSoC DFE在單一器件內(nèi)集成了全部的射頻功能，內(nèi)部包含DAC、ADC和一塊很大的可編程邏輯，讓客戶實(shí)現(xiàn)靈活且緊湊的無線電設(shè)計(jì)。此外Zynq RFSoC還支持8T8R，且對DFE進(jìn)行了優(yōu)化。

功耗方面，因?yàn)楦呒啥纫矌砹颂嵘８叩募啥茸尮牡南⒔档土撕芏?，同時(shí)還能提高性能。

性能方面，AMD的技術(shù)可以達(dá)到400MHz的一個(gè)瞬時(shí)帶寬，運(yùn)營商需要進(jìn)行頻段方面的匯總，實(shí)現(xiàn)最終用戶和網(wǎng)絡(luò)的性能的提升。

據(jù)悉，新一代的16nm RFSoC DFE相比第一代和第三代，在數(shù)字前傳部分都進(jìn)行了優(yōu)化，比如DUC、DDC、DPD等都進(jìn)行了優(yōu)化，從而使其性能達(dá)到原來的兩倍，而功耗只有原來的一半。下一代的7nm產(chǎn)品也在規(guī)劃中，并且將會(huì)集成一個(gè)AI引擎進(jìn)去。主要是實(shí)現(xiàn)對64T64R大規(guī)模MIMO的波束成型的支持。

據(jù)Gilles Garcia介紹，通過一個(gè)RFSoC器件，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)滿足8T8R 200兆赫的方案。這是一個(gè)前傳和RAN的接口，可以實(shí)現(xiàn)Low PHY進(jìn)行DFE的處理。該參考設(shè)計(jì)正在開發(fā)過程中，預(yù)計(jì)將在2023年1月問世。主要是FHI和ORAN的部分尚未就緒，還處于開發(fā)的階段。

助力全球不同5G市場生根發(fā)展

韓國是中國最早開始部署5G的國家；中國后來居上，在2018年開始處于領(lǐng)先地位；北美和中東歐非地區(qū)從2020年開始進(jìn)行5G部署，目前仍在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)中；當(dāng)前東南亞像印度和越南等國家開始將5G列入國家發(fā)展重點(diǎn)，進(jìn)行大規(guī)模投資和基建布局。不同的國家地區(qū)的5G部署，有著不同的需求。像中國等市場更關(guān)注提高帶寬帶來的傳輸速率提升，而印度則是關(guān)注5G在垂直應(yīng)用方向上的賦能。這就給5G提出了非常不同的要求，它要求這些器件能夠?qū)崿F(xiàn)非常低的帶寬，非常低的功耗。同時(shí)，這些網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延要非常的低，又要非常的穩(wěn)定，并且能夠無處不在。但不論是大帶寬的需求，還是低功耗的需求，AMD和賽靈思技術(shù)，包括無線電和其它的器件，都能夠幫助客戶的方案實(shí)現(xiàn)更高效設(shè)計(jì)。

目前AMD已經(jīng)宣布了諸多重磅合作，展示了諸多參考設(shè)計(jì)和未來預(yù)研方向：

· AMD攜手越南最大運(yùn)營商Viettel，預(yù)計(jì)將在下個(gè)季度，將賽靈思 MPSoC 部署到900 個(gè) 5G 無線電中。賽靈思 Zynq UltraScale+ MPSoC 被 Viettel 選中，用于其首代 64T64R 大規(guī)模 MIMO無線電方案。

· 印度移動(dòng)大會(huì)上，AMD展示了與印度兩個(gè)合作伙伴的合作案例，以及三個(gè)無線電到核心網(wǎng)的端到端展示。

· 世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC）上，AMD重點(diǎn)介紹了采用AMD服務(wù)器和賽靈思加速技術(shù)的開源軟件堆棧。此外還包括云網(wǎng)絡(luò)功能、加速卡方案和網(wǎng)絡(luò)切片等專網(wǎng)數(shù)字服務(wù)。

結(jié)語

“每當(dāng)新一代無線技術(shù)出現(xiàn)，需要進(jìn)行新的部署時(shí)，系統(tǒng)的供應(yīng)商都需要去弄清楚，如何在下一代的技術(shù)部署當(dāng)中提高效率。”Gilles分享到，“AMD正在布局整個(gè)5G無線電的全鏈路市場，從無線電到DU到CU到5G的核心網(wǎng)絡(luò)，都可以滿足客戶的需求?！?

此外，AMD已經(jīng)和領(lǐng)先實(shí)驗(yàn)室展開了合作，進(jìn)行新的算法方面的計(jì)算探索，為6G在2027年到2030年的部署做好準(zhǔn)備。