The FPGA Renaissance in Mobile Infrastructure

وتشكل محطات القاعدة اللاسلكية العمود الفقري المادي للشبكات الخلوية الحديثة، وتحويل البيانات الرقمية ذات السرعة العالية إلى إشارات إذاعية تصل إلى بلايين الأجهزة، وحيث أن المشغلين يتجهون إلى نشر 5 جي ويضعون الأساس لـ 6 زاي، فإن المطالب المعمارية على هذه المحطات قد تحولت بشكل كبير، ويجب أن يتعاملوا في نفس الوقت مع صفائف متعددة النتائج ذات القيمة المضافة، وهي عوامل متطورة في مجال الأشعة.

وهذه الأجهزة هي أجهزة شبه موصلة مبنية على مصفوفة من اللبنات المنطقية القابلة للتشكيل، والوصلات المتشابكة القابلة للبرمجة، وقطع كبيرة من الشبكة مثل قطع أجهزة تجهيز الإشارات الرقمية، ومراقبي الذاكرة، ومرسلات ذات سرعة عالية، وخلافا للدوائر المتكاملة التي تعمل على تطبيقات طويلة، والتي تغلق في مواقع تشغيلية على مستوى القناع، يمكن إعادة تشكيل شبكات الترددات اللاسلكية

The Evolution of Base Station Processing

من المُنظمة إلى خطوط الأنابيب القابلة للبرمجة

وقد بدأت أجيال أحدث من التكنولوجيا اللاسلكية، من ٢G GSM إلى أوائل ٤G LTE، اعتمادا كبيرا على أجهزة تجهيز الإشارات الرقمية وأجهزة تكييف البيانات الجمركية، وقد وفرت نظم الإدارة إمكانية البرمجة ولكنها كافحت لتضخم الإشارات ذات النطاق الواسع، ووفرت هذه الأجهزة كفاءة كبيرة في استخدام الطاقة وأداء في مهام محددة، ولكنها تفتقر في كثير من الأحيان إلى القدرة على إدخال ملامح جديدة مثل تعزيز التنسيق بين الخلايا أو تنقيحات تحديث محطات التكسيد.

(ج) حطمت عملية وصول 5G New Radio (NR) هذا النموذج.

عمليات تحميل الأعمال الرئيسية التي تعجل بها الجهات الفاعلة

التجهيز الرقمي للجبهة

(ب) إنَّ خط الأنابيب الحديثة التي تستخدمها إدارة الطاقة الكهربائية (DDFE) تشمل خفضاً في عوامل الإنتاج، ورقمياً قبل التخريب، وتحويل معدل أخذ العينات، وهذه المواد متراكمة بشكل مستدام، ويجب أن تعمل ببطاقات محددة، وذلك لأنَّها يمكن أن تنفذ عملية محركات متجانسة ذات نمط متزامن.

بعثة الرصد المتعددة الجنسيات والتشكيل

وتستخدم محطات قاعدة البيانات المتعددة الترددات 64 أو 128 أو أكثر من العناصر الهوائية لتركيز الطاقة على فرادى المستعملين، ويجب تحديث عملية حساب الوزن المتحرك كل فترة (بسرعة 0.125 متراً في 5G NR) استناداً إلى معلومات الدولة، ويتطلب ذلك ملايين من المضاعفات المعقدة في الثانية.

تشفير القنوات وتفكيكها

(أ) وضع رموز أساسية لـ (LG) ورمزية لـ (LDensity Parity-Check) لقنوات البيانات ورموز القطب لقنوات المراقبة، وتحتاج الأسر المشفرة إلى مقاييس مائلة متماثلة، ومع ذلك، لديها معالفات بيانات غير منتظمة.

حواجز أمامية وخيارات من نوع أوران

كما أن " التحالف بين بلدان الشمال والجنوب " ، الذي يُستعاض عن " وحدة مركزية " ، ووحدة إذاعية " ، يقوم " وحدة المسح العالمية " بخفض عدد الوظائف المادية العالية، بينما تتولى وحدة التفتيش المشتركة، عند إجراء تغييرات في النموذج الأولي، عملية إعادة تصنيف البيانات، وهي عملية يمكن أن تُجرى في إطارها.

FPGA vs. ASIC vs. GPU: A Balanced Trade-Off

ويغري هذا الاتحاد النظر إلى هذه المسارات الحصرية، ولكن الواقع في البنية التحتية اللاسلكية أكثر دقة، حيث أن مراكز التصنيع ذات الصلة توفر أفضل كفاءة في استخدام الطاقة وتكاليف الوحدة في أحجام كبيرة للغاية، مما يجعلها الخيار المفضل للمهام النضجية والمستقرة مثل تجهيز أجهزة الترددات/الطاقات الكهربائية في مراحل ثابتة.

وقد دخلت وحدات تجهيز المواد ذات السمات العالية، حيث أن معظمها من المواد الكيميائية التي تستخدم في أجهزة التكرار، وهي مصممة على أساس التكرار، وهي مجهزة بأجهزة قياس ذات طابع تقني، وهي مجهزة بأجهزة قياس ذات طابع مركب، وهي تعمل على استيعاب المواصفات الأساسية التي تُستخدم في إطار نظام " إي تي بي " () والتي لا تزال تُستخدم في إطار نظام " إشعاعي " .

O-RAN and the Virtualized RAN Evolution

(ب) تهدف شبكة " RANCI " (VRAN) إلى إزالة البرمجيات من المعدات المملوكة، وإدارة وظائف النطاق الأساسي على خواديم الأغراض العامة، كما أن بطاقات السلع الأساسية التي تستخدمها شركة " FPG " لا يمكن أن تؤدي دوراً متناقضاً مع ذلك في هذا التحول، ومن جهة أخرى، فإن معامل التحويل إلى X86 أو أجهزة مصفحة تحمل أجهزة تسارعة للأجهزة الحاسوب؛ ومن جهة أخرى لا يمكن أن تعالج جميع المهام

وتوحيد مواصفات تحالف أوران بينات بين المعجلات والوحدة الموزعة، مما أدى إلى ازدهار النظام الإيكولوجي حيث يمكن أن تكون بطاقات المعجلات التي تستخدمها الأطراف الثالثة مختلطة ومطابقة مع مجموعات مختلفة من برامجيات وحدة إدارة الدعم الميداني، وهذا التبادلي يقلل من قفل البائعين ويشجع الابتكار، حيث تصبح مجرى الترددات المتحركة من نوع أدنى من المعدات الميسرة التي تخضع لمراقبة نظام تبادل البيانات الجمركية (G-G-B-B-B-B-B-B-B-B-B-I-I-I-B-I-I-I-I-I-B-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-B-B-B-B-B-B-B-B-I-S)

كفاءة الطاقة والإدارة الحرارية

وبالإضافة إلى ذلك، كثيرا ما يتم نشر محطات نظام أس إي في مواقع نائية تكون فيها القدرة محدودة، وتبدو التبريد أمرا سلبيا، ومن الناحية التاريخية، تعتبر هذه المحطات أقل كفاءة من أجهزة القياس الآلي في مجال استخدام الحاسوب العالي الأداء، غير أن عمليات FPGA الحديثة (مصفوفتان من طراز FNM و 5 نم) التي تُخفض فيها القدرة على التحكم في الطاقة قد تكون سدا كبيرا.

بالإضافة إلى أن دمج مجموعات صلبة من أجهزة IP-ARM، ومتحكمي الذاكرة، ومحركات تصحيح الأخطاء الأمامية، وحتى المحولات المشابهة للرقم القياسي (ADC) والمحولات الرقمية إلى المواد البلاستيكية (DACs) في أجهزة الترددات السائلة الفوقية، يُحدّد أيضاً من الوصلات الجامدة للكهربية التي تُنشر في تصميمات السابقة.

سيناريوهات الانتشار الحقيقي في العالم

(ج) استخدامات البنية التحتية الرئيسية في أجهزة الموجات المتوسطة والكهربائية في أجيال متعددة، وفي المراحل المبكرة من 5G وإيريكسون ونوكيا، استخدمت معدات الأشعة المبكّرة التي تستخدمها القوات المسلحة الاتحادية لتثبت من صحة الأشعة وتتفاعل مع المعدات الموجودة حالياً، واستخدمت خلايا سامسونغ الصغيرة ذات الـ 5 غاتم واف في الاختبارات المتعددة الأطراف في إطار النطاق الترددي البالغ (800 ميغاهيرتز وما فوقها)

وتستفيد الشبكات الخاصة العاملة بشبكة 5G، التي تخدم المصانع والموانئ والألغام، أيضا من إمكانية برمجة هذه الشبكة لأن عمليات النشر هذه غالبا ما تتطلب موجات مصممة خصيصا أو إدماج بروتوكولات صناعية متروكة مثل بروفينيت أو إيثرت، ويمكن لمؤسسة FPGA أن تنسق الشبكة الخلوية وشبكة التكنولوجيا التشغيلية، وأن تؤدي إلى تحويل المراسم بسرعة المعدات دون وجود صناديق إضافية، على سبيل المثال، يقدم الباعة مثل شبكات نموذجية (FPGA) مصممة خصيصا حسب البوابات.

البرمجة المعقدة ونضج النظم الإيكولوجية

ومن العوائق التي تحول دون اعتماد مجموعة برامجيات متعددة الأطراف على نطاق أوسع دون استخدام أجهزة اللاسلكي منحنى التعلم الحاد المرتبط بلغات وصف المعدات (VHDL/Verilog) وفترات التجميع الطويلة للتصميمات المعقدة، وهذا أمر يتغير بسرعة، كما أن أدوات التوليف الرفيعة المستوى تتيح للمهندسين وضع برمجيات متسارعة في إطار البرنامج العالمي لتحديد المواقع (C) وتجميعها لتعظيم فترة الانتقال إلى الغلاف الجوي.

وعلاوة على ذلك، تشمل برامج التنمية الحديثة التي تقوم بها مؤسسة FPGA تدفقات مستمرة للتكامل/التسليم، تتواءم مع ممارسات أجهزة التعبئة المستخدمة في برامجيات الانتقال السحابية، ويمكن اختبار تحديثات ذات مسار صغير في بيئة رقمية مزدوجة، وتدفع إلى محطة قاعدية حية ذات إعادة تشكيل جزئي صفري الوقت، مما يعكس نموذج تحديث البرامجيات للهياكل الأساسية لتكنولوجيا المعلومات، وتستعمل شركات مثل شركة " إيميغا " (الوغ) أدوات الإيكورية في استكشافية في مجال النظم الإيكولوجية.

اعتبارات الأمن وسلسلة الإمدادات

وتشكل محطات الأساس اللاسلكية هياكل أساسية وطنية حاسمة، ولذلك فإن الأمن في المقام الأول، وتوفر هذه المراكز ميزة أمنية فريدة: فالعملية الخاصة بالمعدات ليست دائمة، وإذا اكتشفت قابلية للتأثر في وظيفة معجلة محددة، فإن من الممكن أن تصلحها بعض المجرى دون الحاجة إلى التذكير المادي، وأيضا لأن تشكيلات الوكالة المعنية بمصائد الأسماك يمكن أن تُشفى وتُصدق على استخدامها في أجهزة محركات متطورة ذات طابع مبني في إطار المبادرة.

كما أن مخاطر سلسلة الإمدادات تخفف من جراء قابلية برامج هذه المؤسسة: إذ يمكن للمشغلين أن يُصدروا أجهزة من موردين متعددين وأن يحموا نفس المسار إلى مختلف منابر المعدات، شريطة أن يلتزموا بالمعايير الأساسية المشتركة لشراكة السلع الأساسية، وهذا أمر مهم بصفة خاصة لأن التوترات الجيوسياسية تؤثر على توافر المواد شبه الموصلية، كما تتيح هذه المبادئ أيضاً تحديثات الرئيسية في الميدان، مما يتيح الامتثال لمعايير التشفير المتطورة دون استبدال الأجهزة.

الطريق إلى 6G

ومع تعجيل البحوث في إطار مجموعة ال ٦، ستزداد الطلبات على معدات محطات الأساس حدة، وستؤدي هذه التكنولوجيات، مثل الاتصالات الفرعية، والسطح الذكية القابلة للاعادة تشكيلها، والوصلات الجوية ذات النطاق الترددي الأيسر، إلى ظهور تحديات في معالجة الإشارات التي يحتمل أن تتطلب معدات تكييفية، وتجمع هذه الأجهزة، ولا سيما تلك التي تعزز بمحركات متكاملة مثل منهاج عمل " إكس " (AMD Xilinx Versal)، في وقت واحد.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الاتجاه نحو الانتقال المفتوح والمصنف سيستمر، فباستطاعة الشبكات المتعددة الأطراف أن تُمكن من إقامة نظام إيكولوجي متعدد الودود حيث يمكن ربط بطاقات معجّلة مختلفة في منصة مشتركة ومبادلات مع تطور الاحتياجات، وهذا النموذج يجري اختباره بالفعل في مراكز الاختبار والاندماج المفتوحة التابعة للتحالف الانتقالي، حيث يتوقع أن يُدخل نظام الطاقة المحلي (AI/ML) في مجال التجارة، كما هو مبين في مقترحات مبكرة بشأن [FT]

الاستحقاقات الاقتصادية والتشغيلية

ومن منظور التكلفة الكلية للملكية، يمكن للحلول القائمة على أساس المبادرة أن تخفض النفقات الرأسمالية عن طريق إلغاء الحاجة إلى صناديق متعددة ذات وظيفة واحدة وعن طريق عمليات النشر في المستقبل، كما أن محطة قاعدية تعتمد على نظام FPGA لمساره 1 يمكن أن تدعم سمات جديدة مثل 5G-Advanced Reducability Capability (RedCap) أو تعزيز وضعها ببساطة من خلال تحديث البرامجيات، مقارنة بفائدة عمليات التشغيل

بالنسبة للأسواق الناشئة والوزع الريفي، حيث قد تختلف أنماط المرور اختلافاً كبيراً، ويمكن أن تتغير مخصصات الطيف، يمكن للإذاعة التي تستخدمها محطة FPGA أن تتكيف مع النطاقات غير القياسية أو الأنماط المتقاطعة دون أن تتطلب ذلك تشغيلاً للرقاقة الجمركية، ويمكن أن تُسرّق هذه القدرة على التأقلم مع الفجوة الرقمية أسرع من انتظار وضع مؤشرات قياسية مصممة خصيصاً لخطة الطيف الفريدة لكل منطقة.

الخلاصة: شمايلون الخفي من حركة المرور

فعمليات إعادة التأهيل المهني تؤدي دورا محوريا في الجيل القادم من محطات القاعدة اللاسلكية، حيث تعمل كمحركات للتحول تتزوج من أداء المعدات الخام مع القدرة على تشغيل البرامجيات، ولا تتطلب وجود مهارات تصميم متخصصة، وتتحمل تكاليف أعلى للوحدة على نطاق واسع، ولكن قيمة هذه الشبكات الفريدة في المشهد المتغير بسرعة لخمسة آلاف وشبكات المستقبل لا يمكن إنكارها، وذلك بتمكينها من تكييف الهياكل الأساسية في الوقت الحقيقي.