برمجة اللوجية في 5G Era

إن السباق العالمي لنشر شبكات من طراز " أ " ذات الأداء العالي قد حوّل مراكز قاعدة الوصل، ومراكز البيانات، وعقود الحواف المفتوحة، بينما يركز الاهتمام العام على وسائل الاتصال اللاسلكية والمزادات الطيفية للناقلات، يدرك مهندسو الشبكات أن تجهيز الطبقات المادية وخدمة التعبئة داخل شبكة الوصول اللاسلكية (الإنفاق) يتطلب مزيجا فريدا من الأشعة المنخفضة، والنزعة الموازية، والقدرة على التكيف مع ذلك.

و عندما يتجه المشغلون نحو 5 جي ستاندالون (SA) ويستكشفون 5 جي - أدفاند، الطلبات على تجهيزات النطاقات الأساسية تنمو بشكل سريع،

فهم الهيكل التنظيمي لمؤسسة FPGA

ودائرة متكاملة تضم مجموعة من القطع المنطقية القابلة للتشكيل، وتحجب حركة RAM، وتجهز الإشارات الرقمية، والوصلات البرمجية، وتضع المستخدمين دائرة المعدات باستخدام لغة وصفية للمعدات مثل VHDL أو فيريولوجيا، وتضع التشكيلة التي تحمل في الجهاز الذي يقدم وصفاً دقيقاً لسلوك كل من جداول النظر، وتعليمات التقريبية، وطرق الاختراق.

وقد تطورت الأجهزة الحديثة من مادة AMD (Xilinx) وشركة Intel (سابقاً ألتر) إلى أبعد من المنطق البسيط، وهي تدمج بين أجهزة متعددة الأطقم ومركبة متعددة الأطراف، ومحركات متطورة من أجهزة الإطلاق، وتسمح هذه المجموعة من الوحدات بقطعة واحدة لمعالجة المهام باعتبارها هياكل أساسية متعددة الأطراف متجانسة،

لماذا 5 جي تحتاج أكثر من سيليكون التقليدي

الوعد بـ 5 جي - / خط العرض المتحرك، و Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLC)، وضخامة نوع الاتصالات (MMTC) - في أماكن متضاربة مع الطلب على الشبكة، وقد تحتاج محطة قاعدية واحدة إلى تجهيز 100 ميغاهيرتز من النطاق الترددي الناقل مع تخفيض حجمها 256-QAM في الوقت نفسه إلى آلاف من دورات المستخدمين الفرعية

فمع أن هذه المجموعة من المواد الكيميائية تشغل مكاناً فريداً من نوعه، حيث تتيح القدرة على تحديث البيانات المتعلقة بالمعدات الحاسوبية، بينما تقدم كفاءة استخدام الطاقة والنواتج إلى مستويات قياسية، وقد جعلها هذا النموذج المقارن حجر الزاوية في العديد من عمليات النشر الأولية التي تتم على نطاق الترددات 5، وتتوقف حالة اعتماد هذه الأجهزة في 5 جيوب على التكلفة الإجمالية للملكية، وفي حين أن هذه المعايير يمكن أن تقدم تكاليف أقل للوحدة في أحجام قصوى، مقارنة بتكاليف الهندسة غير القابلة للتجديد

"مُتعمّق في دور "إف بي جي

عملية التجهيز الشامل لأجهزة الرصد والتحقق والتفتيش

وتنتج صفائف متعددة المدخلات متعددة المدخلات من 64T64R (64 جهازاً للبث الهاتفي و 64 عنصراً) كميات هائلة من أجهزة تجهيز الإشارات الرقمية، وتحسب مقاييس البرمجيات الممهدة لكل ناقل في الوقت الحقيقي، وتشمل مضاعفة المصفوفات المعقدة والمواقف.

وتتيح هذه التوازيات على مستوى الأجهزة للمشغلين استخدام الحزم الموجية الدينامية للمستخدمين، وتحسين منافذ الخلايا وكفاءة الطيف، وقد أظهرت التجارب الميدانية أن الأشعة الملتقطة من قبل جبهة فاراباغا تحسن من سرعة إنتاج هذه المركبات بنسبة تتراوح بين 30 و40 في المائة في البيئات الحضرية الكثيفة مقارنة باستراتيجيات التخصيب دون الأمثل، كما يمكن أن تكيف مسارات التكوين على أساس التكوين السريع

الشحنة الأمامية

5G introduced Low-Density Parity-Check (LDPC) codes for data channels and Polar codes for control channels. Decoding these codes at multi-Gbps data rates is immensely compute-fined. An FPGA can be configured with a highly parallelized decoder structure that implements belief-propagation algorithms directly in logical, providing deterministic throughput that a software thread

ومن خلال تفريغ شركة LDPC التي تُستخدم في محطة FPGA، تخفض استهلاك وحدة النطاق الأساسي عموماً انخفاضاً كبيراً مع ضمان ميزانية الطوارئ، كما أن الشفرة القطبية لقنوات المراقبة، باستخدام خوارزميات الإلغاء المتتالية، تستفيد أيضاً من تنفيذ نظام FPGA، كما أن القدرة على خط الأنابيب لعملية فك الرموز وإجراء عمليات البحث المتعددة المسارات تجعل من FPGAs المنبر المفضل لشبكة مراقبة إنتاجية متعددة.

Fronthaul Interface Adaptation and eCPRI Routing

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الوصل بين وحدة الإذاعة والوحدة الموزعة، والموحدة الموحدة بوصفها معززة للشبكة العامة للإذاعة، تتطلب وصلات متسلسلة عالية السرعة وتوقيت دقيق للتعبئة، ويمكن أن تنفذ شركات الخدمات التي تنقل عبر الحدود في 25 غموضاً أو 50 غباراً من مواقع الشبكة العالمية لتحديد المواقع، وأن تستخلص عينات من المعايير الدولية للإبلاغ المالي، وتضعها في أولويات برنامج التجهيز المنخفض جداً.

لأنّ الـ (إف بي جي) قابلة لإعادة البرمجة، مشغلو الشبكة يمكنهم التحول بين خيارات مختلفة من تقسيم المُنظمة الأمامية (مثل القسم 7.2x أو القسم 8) بدون استبدال الأجهزة، وضم حافظة متنوعة من البائعين الإذاعيين في نظام إيكولوجي مفتوح، وهذه المرونة لا تقدر بثمن في عمليات النشر المتعددة القنوات حيث يمكن لوحدات الإذاعة المختلفة أن تستخدم خيارات مختلفة منقسمة، ويمكن لـ(إف بي جي) أيضاً معالجة رسائل (إبرامبر) وإعادة تحميلها

مساعدة الجدول الزمني للإطار التشغيلي المتوسط

ويقرر الجدول الزمني لمراقبة الدخول المتوسطة كل ثانية يحصل فيها المستعملون على الموارد التي توجد عليها مجموعات من الموارد المادية، ويمكن أن تؤدي عمليات تنفيذ البرامجيات البحتة إلى إحداث تغيرات بسبب تحديد مواعيدها، وفواتيرها في النظام التشغيلي، وسلوكها غير المحدد، كما أن جهازاً معجلاً في استخدام المعدات الحاسوبية يمكن أن يُعَدّ من قبل تخصيصها، ويُثبتها من القيود المفروضة على نظام تحديد الكمية، ويقدم قائمة بالتوقيتات ذات الأولوية إلى الميزانيات البرنامجية المتعددة.

ويقوم جهاز دعم الجدول الزمني عادة بتنفيذ مقاييس مصممة حسب الجدولة التناسبية في المعدات، وحساب القياس لكل مستخدم في جميع مجموعات الموارد في وقت متوازي، ويقيِّم نسيج نظام تخطيط البرامج والخدمات في إطار نظام تقييم الأداء، آلاف مجموعات الموارد المتاحة للمستخدمين في غضون فترة زمنية واحدة، ويقدم أكبر المرشحين إلى الجدول الزمني للبرمجيات من أجل التحقق النهائي، مما يقلل من سرعة عملية تجهيز القرارات في إطار المئات من المراحل الدقيقة الثانية.

FPGAs in the 5G Core and Edge Network

وتمتد قيمة المنطق القابل للبرمجة إلى ما وراء برج الخلايا، وفي الشبكة الأساسية 5G، يجب أن تقوم وحدات تشغيل خط المستعمل بتصنيف الحزم، وتعبئة وقطع الطلاء، وإنفاذ نظام تحديد المواقع حسب الأسعار بمعدلات تصل إلى عدة مئات من أجهزة Gbps، وفي حين أن المزودات القائمة على البرامجيات والمبنية على إدارة عمليات حفظ السلام يمكن أن تُضخم، فإن نظام SmartNIC الذي يستند إلى نظام FPGA يمكن أن يُعالج جميع أجهزة التحكم في جميع الأجهزة.

وفي الطرف المتنقل، تتيح أجهزة تسريع حركة FPGA استخدام التطبيقات الكثيفة الاستخدام للتطبيقات - محلليات الفيديو ذات الوقت الحقيقي، أو زيادة الواقع، أو الرؤية الصناعية - لتشغيلها بمستوى منخفض للغاية، كما أن لوحة آلية تعمل على إنتاج الـ 5 جي، يمكن أن تؤدي متطلبات الكشف عن الأجسام عند خط الحافة، ومنع مسارات الفيديو الخام من اقتحام شبكة التجهيز الرئيسية للمركبات.

تلبية طلبات الانتقال المفتوحة والافتراضية

ويُعد هذا التحول إلى هيكلي الانتقال المفتوح، الذي يرعاه التحالف الأوروبي، ويُلزم عناصر متعددة الأطراف قابلة للتشغيل وترتبط بالتفاعلات الموحّدة، ويتيح منبر قائم على نظام FPGA للمشغلين أن يُعدوا بسرعة نموذجا أوليا وينشروا مراقِباً جديداً للأجهزة الذكية، وأجهزة قياسية للاختراق، دون انتظار لتركيب نمطي مُعَفِد.

مبادرات الفرضية على الشبكة تستفيد من تسارع الأجهزة التي تعتمد على الـ (إف بي جي) بدلاً من تشغيل جميع التجهيزات ذات الـ 5 جي بي أي على المجهزين للأغراض العامة، وحدة السحب يمكنها أن تُعجّل المُنظمة كمجموعة من الموارد الدينامية، مُوسعة أو مُخفضة،

مقارنة بين الممارسات التجارية التقييدية والمعايير الدولية للتصنيفات، ووحدات الإزالة في 5G

ومن المفيد مقارنة الخيارات الرئيسية للسيليكون بالنسبة لوحدة النطاق الأساسي لخمسة جيات، حيث توفر هذه المراكز أدنى قدر من القوة وأعلى منفذ للمهام الثابتة المحددة جيدا، غير أن تكاليفها الهندسية غير المتكررة يمكن أن تتجاوز 50 مليون دولار، كما أن حشرة في الأجهزة أو تغيير المعايير المتأخرة يمكن أن يؤخر إنتاجا لمدة سنة أو أكثر.

:: تقدم هذه المجموعة من السلع الأساسية أرضاً متوسطة: يمكن أن تقترب كفاءة الطاقة من أجهزة الاستنشاق الآلي في العديد من أعباء العمل المتوازية، وتحديد محددات الأجهزة بالكامل، وإعادة البرمجة في الميدان، مما جعل من اختيار شركة FPGA خياراً فعلياً للأجهزة التي تستخدم في عمليات التجهيز قبل التجهيز والإنتاج المبكر، مع تحول البنى بشكل سلس إلى دور مجهز للمنتجات المشتركة مع نمو الحجم.

كفاءة الطاقة والنظر في المسائل الحرارية

وتواجه مواقع محطات قاعدية من طراز 5G قيودا حادة على الحرارة والطاقة، لا سيما على أبراج البر أو خلايا صغيرة على مستوى الشارع، وقد أدت الأسر الجديدة التي أنشئت على أساس عقدي من طراز FPGA على مسافة 7 أمتار و 6 أمتار إلى تحسين معادلة الأداء على أساس كل مقياس على حدة، حيث قامت شركات تصنيع الأجهزة بتقليص استخدام أحدث مجموعة من المواد الاختلالات.

ويمكن أن تؤدي هذه العملية، التي تعطل تماماً، إلى خفض حجم الطاقة الحرارية المكيفة وإعادة التشكيل الجزئي الدينامي، إلى جانب القدرة على إعادة التشغيل الجزئية غير المستخدمة، إلى تخفيض القدرة على تشغيلها بالكامل في حدود الميزانية الحرارية البالغة 150 إلى 300 ووتر، التي تُستخدم في موقع إذاعي نموذجي، حتى في إطار الحد الأقصى، بينما يؤدي إعادة التشكيل الجزئي الدينامي إلى انخفاض حاد في عدد محطات القاعدة حيث تتفاوت حركة المرور على نحو مثير.

الأمن والثقة في النطاق القاعدي

With growing concerns about network security, the FPGA offers a unique advantage: its configuration bitstream can be encrypted and authenticated, preventing unauthorized modification of the baseband hardware. This hardware root of trust is essential for protecting the radio from tampering and for securing secure boot processes in Open RAN equipment. Modern FPGAs support AES-256 bitstream encryption and SHA-3 authentication, ensuring that only authorized configuration data can be loaded into the device. This protects against physical attacks where an adversary might attempt to load a malicious bitstream that could intercept or manipulate radio traffic.

ويمكن أيضا تحميل نفس المجموعة من المعجلات البدائية التي تحرق وتحلل طائرة مستخدمي الترددات 5 جي بمعدل خطي، وتفرغ هذه المهام من المجهز، ولأن الخوارزميات الأمنية يمكن تحديثها في الميدان، فإن الشبكة تظل قادرة على مواجهة التهديدات الناشئة - وهي قدرة لا يمكن أن توفرها شركة AIC SIC SIC.

الترفيع الميداني وإدارة دورة الحياة

وشبكة من طراز 5G ليست كيانا ثابتا، إذ أن أنماط تجميع الناقلات، وفرق الترددات الجديدة مثل مينيف، وخصائص مثل تكامل الشبكة غير الأرضية ستدخل تدريجيا، ويمكن أن تستوعب شبكة مبنية على معدات قائمة على أساس FPGA هذه التغييرات من خلال تحديث برامجيات نائية يعيد تشكيل أكثر من مجرد رمز المعالجات يمكن أن يغير من تركيبة معدات الحاسوب الإلكتروني المعجلة.

ويمكن لمشغل العمل، إذا ما اقترن بمنابر إدارة مركزية من نوع O-RAN، أن ينشر خوارزمية جديدة منقسمة منخفضة جداً في آلاف المواقع الخلوية في غضون ساعات دون أن يكون هناك سجل واحد للشاحنات، وعادة ما تتضمن إدارة دورة الحياة لمحطات قاعدية من نوع FPGA تخزين صور متعددة في الذاكرة الوميضية، مما يتيح إمكانية التحلل في شكل جيد معروف إذا فشلت آلية تحديثية قوية، إلى جانب القدرة على تحسين البنية التحتية.

تعقيد التصميم والتخفيف من آثاره

وقد نضجت أدوات التوليف الرفيعة المستوى من جانب البائعين الرئيسيين، مما أتاح تجميع البيانات المتعلقة برسم الخرائط على أساس التردد جيم وجيم ++ بصورة مباشرة في منطق FPGA، مما أدى إلى انخفاض كبير في الحواجز أمام أفرقة البرمجيات.

بالإضافة إلى ذلك، فإن 5 جي بي دي بي دي بي، لديها نواة مُسبقة لزيارتها، وزيارتها القطبية، وتركيبها للتحالف، وطريقة معالجة سداسي كلور حلقي الهكسان، تتيح للمهندسين المعماريين لتركيب خطوط الأنابيب باستخدام مُربّات مُحدّدة للربط بيني وبينات المُسْحَة،

Case in Point: RFSoC and Direct RF Processing

ومن أكثر ابتكارات FPGA تحولاً لـ 5G، إدماج أجهزة تحويل مشابهة عالية السرعة في إطار نموذج الإبلاغ عن النتائج، ومحولات من الرقم القياسي إلى الأرقام، ومحولات من الرقم القياسي إلى اللغة مباشرة على نظام FPGA، وأجهزة جهاز الترددات الترددية في جنوب شرق آسيا، تزيل الحاجة إلى محولات البيانات الخارجية، وتعطل الطاقة اللاسلكية، والتكلفة، والتعقيد.

وهذا الهيكل المباشر لنموذج الإبلاغ الموحد هو ] [يعتمد نشر الهياكل الأساسية المتنقلة ] عبر النطاقات الفرعية 7 GHz و mmWave على حد سواء، وقد برهن جهاز نموذجي تابع لإدارة الدعم الميداني على دمج ما يصل إلى 16 قناة من وحدات التفكيك و16 قناة من قنوات لجنة المساعدة الإنمائية تعمل بمعدلات أخذ العينات المتعددة المؤشرات، مع وجود نسيج من طراز FPGA يحتوي على ملايين الخلايا المنطق و64 في المائة من أجهزة التفكيكات.

The Road Ahead: AI and Intelligent Acceleration

وتتطلع الدراسة إلى 5G-Advanced و6G، وسوف يكمل التعلم الآلي بصورة متزايدة عملية تجهيز الإشارات التقليدية، كما أن تقدير القنوات وإدارة الحزم والإلغاء التدخلي هما جميع المرشحين للخرغاريتمات القائمة على أساس AI.FPGAs مصممة خصيصا لتنفيذ هذه المقاييس باعتبارها عوامل مؤثرة في التقلبات، وأجهزة كهربية منخفضة، وتشمل وحدات التجهيز الافتراضية للجهازين معاً.

إن إعادة تشكيل المعدات تعني أنه مع تحسن نماذج أجهزة الاستخبارات مع مرور الوقت، يمكن إعادة استخدام المعجل بالكامل بدون لوحات تبادل، وضمان أن تكون البنية التحتية اليوم قادرة على التطور إلى شبكة الغد المعرفية، وفي الإطار الزمني المحدد بـ 5G-Advanced، ستخصص محطات الأساس القائمة على أساس FPGA بصورة دينامية موارد نسيجية بين تجهيز الإشارات التقليدية وتسريع نظام AI على أساس ظروف حركة المرور وتوجه الجودة.

خاتمة

وقد برزت هذه الشبكة كعنصر أساسي في تطوير الهياكل الأساسية لخمسة غايات، ليس لأنها أرخص خيار على أساس الوحدة الواحدة، وإنما لأنها تحل المشاكل المتعددة الأوجه المتمثلة في سرعة وسرعة ومرونة وكفاءات الابتكار التي لا يمكن للوسيق أن يعمل بها، ومن الوحدة الإذاعية إلى مركز البيانات الحاف، فإن المنطق الذي يمكن أن يبرمجه هو المعالجة الموازية، والتسريع في إطار النتائج، والارتقاء بالمحركة.

وبما أن الصناعة تشمل شبكة مفتوحة، وحوسبة حافة، وشبكة محركة من أجل التنفيذ الأمثل، فإن دور هذه الهيئة لن يعمق إلا نقلها من مسرع مفيد إلى نظام تمكيني مركزي للشبكة القابلة للبرمجة والمحددة للبرامجيات للمستقبل، إذ أن الاستثمارات التي يجري القيام بها في البنية التحتية القائمة على أساس 5 جي سيدفع أرباحاً لسنوات قادمة، نظراً لأن نفس منابر المعدات تتكيف مع الدعم 5 جي.