FPGA Renaissance ב- Mobile Infrastructure

תחנות בסיס אלחוטיות מהוות את עמוד השדרה הפיזי של רשתות סלולריות מודרניות, המרת נתונים דיגיטליים במהירות גבוהה אותות רדיו המגיעים מיליארדי מכשירים.כמפעילים מירוץ כדי לפרוס 5G ולשכב קרקע עבור 6G, הדרישות האדריכליות בתחנות אלה השתנו באופן דרמטי.הם חייבים לטפל בו זמנית במרכיבים מרובים של קידוד (MO) אך ורק אלגוריתמים מתקדמים, שיתוף דינמי, שיתוף ואוטומטיים, תוך שמירה על עלויות נמוכות של אבטחה, אך ורק בתנאי ייצור חד-ממות (מסוגים) אך ורק בתנאי יכולת הפעלה מהירה יותר, אך לא-מסוגים בעלי השפעה נמוכה, אך ורק בתנאי יכולת הפעלה מהירה יותר, אך ורק בתנאי קומפקטית (מחדש) באופן בלתי-מחדש, אך ורק בתנאי מוטציות (MO-מחדש) באופן בלתי-מחדש) של מערכות מוטציות (MO-מחדש, אך ורק-מתקני ייצור חד-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש) באופן בלתי-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מתקני אבטחה, אך ורק-מתקני אבטחה, אך ורק-מחדש-מתקני אבטחה, אך ורק-מתקני אבטחה נמוכה, אך ורק-מתקני אבטחה, אך ורק-מתקני מוטציות-מחדש

FPGAs הם מכשירים למחצה מוליכים למחצה בנוי סביב מריצה של בלוקים לוגיים הניתנים להגדרה, חיבורים בין-מחדשיים, ו בלוקים IP קשיחים ייעודיים כגון עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) פרוסות, בקרי זיכרון, ו transceivers במהירות גבוהה.בניגוד מעגלים משולבים יישומים (ASICs), אשר מנעולים פונקציונליות ברמת המסכות, FPGAs יכול להיות reured לאחר פריסה, המאפשר להחליף את רשתות רדיו מהירות מהירה (לעתים קרובות) ללא שינויים מהירים של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה (PP) ללא שינויים אלחוטית לחץ דם מהירה ביותר (PP) ללא שינויים אלחוטית של מערכת הפעלה מהירה ביותר של מערכת הפעלה מהירה ביותר (PP) ללא שינויים מהירים של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה של מערכת ההפעלה 3 (בדרך כלל) ללא שינויים מהירים של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה של מערכת הפעלה מהירה ביותר של מערכת הפעלה מהירה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה (PP) ללא שינויים אלחוטית לחץ דם אלחוטית) ללא שינויים אלחוטית לחץ דם מהירה של מערכת הפעלה מהירה ביותר של מערכת הפעלה מהירה ביותר של מערכת הפעלה מהירה של

התפתחות תהליכי תחנת הבסיס

מתוך: Mod-Function to Programmable Pipelines

דורות קודמים של טכנולוגיה אלחוטית, מ 2G GSM ועד תחילת 4G LTE, הסתמכות על מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) ו- ASICs. DSPs מותאמים אישית הציע יכולת תוכנה אבל נאבקה בקנה מידה באמצעות חישוב אותות פס רחב. ASICs סיפקו יעילות כוח קיצונית וביצועים עבור משימות ספציפיות של LTEMA, אך לא היה צורך בהנדסת גמישות לשלב תכונות חדשות כגון תיאום בין תאיים משופר או קידוד מובילי תיבות של תוכנות מרובות.

(הגעתם של רדיו חדש) ניתקה את המודל הזה.האנתרופולוגיה גמישה, תת-קרקעית דחוסה, וחלקי רוחב פס הציגו רמה של ניהול משאבים דינמיים ש- ASICs לבד לא יכול לכסות מבחינה כלכלית. FPGAs מילא את הפער על ידי שילוב יכולות עיבוד מקבילות מתקרבות של ASIC עם יעילות מערכת-on-chip של היום (C) PG, כגון: C2D2DYFide CLOD2K.

מטען עבודה מיוחד שאושר על ידי FPGAs

עיבוד החזית-סוף

החזית הדיגיטלית (DFE) היא המקום שבו זרם הגלם פוגש את העולם האנלוגי. צינורות DFE מודרניים כוללים הפחתה של חומר (CFRHz), טרום-ההתאמה הדיגיטלית (DPD), וההמרות של קצב הדגימה (האלגוריתמים האלה אינטנסיביים מבחינה חישובית וחייבים לפעול עם מנועים דו-חמצנייים (DGGA) כפולים ב- 100 גרם ל-DLCACT) באופן קבוע, מכיוון שהם יכולים ליישם כאן נתונים מקביל, כלומר, כלומר, לפי תהליך של מאות שבבים של חומר נפץ אחד, כדי למנועיימים של 1FGA, לדוגמה, לדוגמה, כדי למנוע מוטציות קבוע, כדי למנוע מוטציות מסוג DFPGR.

MIMO ו- Beamforming

תחנות בסיס Massive MIMO להשתמש 64, 128, או אפילו יותר אלמנטים אנטנה להתמקד אנרגיה כלפי משתמשים בודדים. חישוב משקל beamforming חייב להיות מעודכן כל חריץ (מהירות של 0.125 מ"ס ב 5G NR) בהתבסס על מידע המדינה ערוץ.זה דורש מיליוני מ"מ מורכבים עבור PGtime לספק את המקבילות מסיבית הנדרשת: מערך של DSPs יכול להיות מספר דוכנים כגון שידורים דיגיטליים בשלב זה (ב) באופן קבוע) עם דחוס של חומרה (pH) באופן קבוע מראש של חומרה-חום) עם , כמו פריסה-ידי מערכת ההפעלה באופן קבוע (R) באופן קבוע (R) עם , כמו פריסה-fam-fam) עם קומפקטית אבטחה דיגיטלית, כמו פריסה-famcvd) עם קומפקטית אבטחה גבוהה של חומרת אבטחה גבוהה של חומרהבסיס דיגיטלי (R) עם , כמו פריסהזיכרון אמיתי (R) באופן קבוע (R) באופן קבוע מראש (pHRMBr) באופן קבוע מראש של מערכת של מערכת של חומרת אבטחה גבוהה יותר, כמו קומפקטית אבטחה גבוהה יותר, כמו , כמו CMBr) ללא שימוש לעתים קרובות קומפקטית אבטחה גבוהה יותר, כמו פריסהזיכרון אמיתי

ערוץ קידוד ושחרור

5G הציג קודים נמוכים-Density Parity-Check (LDPC) עבור ערוצי נתונים וקודים Polar עבור ערוצי בקרה.שני משפחות הקוד דורשות אלגוריתמים מרתיעים חד-משמעיים אך בעבר יש תלות בנתונים בלתי סדירה.FPGAs יכול ליישם קידוד מותאם אישית של ארכיטקטורות מיקרו-קוד מיושנות - לדוגמה, פרופיל שכבתי עבור LDPC - עם סחר בין שימוש ב-F לקוד פתוח (קוד פתוח) שעשוי להיות קבוע של קוד פתוח יותר, לדוגמה, כמו קוד קוד פתוח (קוד קוד קוד פתוח) או קוד פתוח (קוד קוד פתוח יותר, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, FPF) מבוסס קוד קוד פתוח יותר, לדוגמה, FPF) מבוסס קוד פתוח, FPF) מבוסס קוד פתוח, לדוגמה, FPF.

החזית של Fronthaul Interface ו-O-RAN Split Options

ה-FPFLT:0[עריכת קוד מקור | עריכה], ה-U-RAN AllianceFLT1 הגדיר את הפיצול התפעולי בין היחידה המרכזית (CU), יחידת התפוצה (DU), יחידת רדיו (RU) ב- 7-2 פיצול, ה-DU מטפל בפונקציות גבוהות יותר של שכבת שינוי פיזיות בעוד RU מנהלת את ה-GPRFPGAs לעתים קרובות מופרסת ב- CPRI או E-CHS כדי לבצע מיפוי חיצוני כדי להתאים את ה-i-ITM ל-C ל-C ל-CTMC ל-CGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGPSIGGGGGPSIGGGGGGPSIGPSIGIGPSIGTMFGIGIGPSIGTMGPSIGPSIGGGGGPSIGPSITMGI לעדכון נמוך יותר לעדכון נמוך יותר לעדכון של מערכת הפעלה של מערכת ההפעלה באופן קבוע.

FPGA לעומת GPU: A Balanced Trade-Off

זה מפתה להציג FPGAs ו ASICs כנתיבים בלעדיים הדדית, אבל המציאות בתשתיות אלחוטיות היא יותר מנוקבת. ASICs לספק את יעילות הכוח הטובה ביותר ועלות ענישה בנפח גבוה מאוד, מה שהופך אותם הבחירה המועדפת עבור פונקציות בוגרות, יציבות כגון FFT / IFFT עיבוד בגלמות קבוע.

יחידות עיבוד גרפיות (GPUs) נכנסו גם לשיחה RAN, במיוחד עבור AI / ML וקצת עיבוד אחד שכבתי.עם זאת, GPUs הם אופטימיזציה עבור חישוב מונחה, בסגנון אצווה, לא עבור צינורות חד-צדדיים רדיאליים, נמוך צורך בבלוקים של בסיס אלחוטית (FPPGAs יכול להשיג קיבולת תת-מיקרו-שנית עם ג'טר עקבי, אשר חיוני עבור מחסנים חשמליים רבים יכול להיות פעיל (R) עם תזמון מהיר יותר) תזמון מוגבל של ציוד חשמלי פעיל (RIC) עם אופציונלית) עם תזמון ארוך-מחדשניטרכיבית (RIC) עם אלגוריתמים של אלגוריתמים מאובטח (Ric) עם אלגוריתמים מאובטח יותר) עם תכונות קבוע של ציוד אחסון קבוע של ציוד בקרה אוטומטית מוגבל של ציוד בקרה אוטומטית של ציוד בקרה אופציונלית) עם אלגוריתמים מאובטח (RIC) עם אופציונלית) עם אלגוריתמים מאובטחים מאוד) עם אופציונלית גבוהה מאוד) עם אופציונלית (Ric אחורית גבוהה מאוד) עם אופציונלית (RIC אחורית) אבל עכשיו יכול כעת אלגוריתמים של ציוד בקרה אוטומטית מוגבל של אלגוריתמים מאובטח יותר מדי פעם אחת מוגבלת של אלגוריתמים

O-RAN ו- RAN Evolution

RAN (vRAN) נועד לבטל תוכנה מחומרה קניינית, הפעלת פונקציות בסיס בשרתים למטרות כלליות.FPGAs ממלא תפקיד פרדוקסלי אך מרכזי בהמרה זו. מצד אחד, משמרות vRAN עיבוד ל- x86 או Arm- Arm-based Server עם ספקי CRCI עדיין לא יכולים להיות מטופלים ביעילות על ידי CPUs או GPU.

ה- O-RAN Alliance מפרט את הממשקים בין מאיץ ליחידה מבוזרת, אשר הובילה למערכת אקולוגית משגשגת שבה כרטיסי מאיץ צד שלישי יכולים להיות מעורבים ולתאם עם מחסניות תוכנה שונות של DU. יכולת זו מפחיתה את מנעול הספק ומעודדת שינויים מופשטים של FPGA למעשה הופכת צורה של חומרה רכות שהיא נשלטת ומופצה לצד פונקציות קודים אחרים (AU) של תמיכה מופשטת (AFPGA).

ניהול כוח וכלכלה

תחנות בסיס לעתים קרובות פרוסות במקומות מרוחקים שבהם זמינות כוח מוגבלת וקירור היא פסיבית מבחינה היסטורית, FPGAs נחשב פחות יעיל כוח מאשר ASICs עבור מחשוב ביצועים גבוהים. עם זאת, תהליכים FPGA מודרניים (7 nm ו 5 nm nodes) בשילוב עם טכניקות ניהול חשמל מתקדמות סגרו את הפער הזה באופן משמעותי.מכשירים בעבר כוללים כיום מספר איים, מתח דינמי ותדירות (DVFS), והיכולת חלקית של 5GDG) כדי למנוע בלוקים של כוח רק בשלב זה של 4G.

יתר על כן, שילוב של בלוקים IP קשיחים - הליבה של ARM, בקרי זיכרון, מנועי תיקון שגיאות קדימה ואפילו ממירים אנלוגיים-לדיגיטליים (ADCs) וממירים דיגיטליים-ל-אנטים (DACs) במכשירי RFSoC - גם משמידים את יכולות ניהול שבבים קטנים יותר ל-hungry שבבים אשר עברו עיצובים מוקדמים יותר.

סיקור עולמי אמיתי Scenarios

ספקי תשתיות מובילים שילבו את FPGAs במספר דורות ברשת.בשלבים המוקדמים של 5G, אריקסון ו-Nokia השתמשו בחומרה מוקדמת מבוססת FPGA כדי לאמת את ההזנה והפעולה בין-פעולה עם ציוד LTE קיים.5G mmWave של סמסונג תאים קטנים התלויים ב- FPGGA עבור רוחב פס רחב מאוד (800 MHz ומעל) עיבוד נדרש ב- 28GHz ו-39 GHz, שבו הסיכון ה-FRAN היה גבוה מדי ל-FRANFRANFCT גבוה מדי עבור מעבדים, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו CLT, כמו CUcent, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו גם עבור מעבדים מתקדמים יותר מדי, כמו CLTFRANFRANFRANFRANFRANFRANFRANFRANFRANFRANF

רשתות 5G פרטיות, המשרתות מפעלים, נמלים וממכרות, גם ליהנות מתכנית FPGA כי פריסות אלה דורשות לעתים קרובות גלפורציות מותאם אישית או שילוב עם פרוטוקולים תעשייתיים מורשת כמו PROFINET או EtherCAT. A FPGA יחיד יכול לגשר על הרשת התאית ואת רשת הטכנולוגיה התפעולית, ביצוע פרוטוקול המרת חומרה ללא קופסאות נוספות.

מורכבות תכנות ומערכת אקולוגית Maturity

מחסום אחד לאימוץ רחב יותר של FPGA אלחוטי הוא עקומת למידה תלולה הקשורה לשפות תיאור חומרה (VHDL / Verilog) ואת זמני התפאורה הארוכה עבור עיצובים מורכבים.זה משתנה במהירות.כלי סינתזה ברמה גבוהה (HLS) מאפשרים למהנדסים קוד C / C++kit להאצה ממוקדת יותר עם RTL, צמצום דרמטי של זמן הפיתוח.מערכת האקולוגית הגוברת של ליבות IP רגישים - כולל סוללות C-G-R.

יתר על כן, פלטפורמות פיתוח FPGA מודרניות משלבות אינטגרציה / משלוח מתמשך (CI /CD) זרמי היישר עם נהלי DevOps המשמשים תוכנת RAN-native RAN. A bitstream ניתן לבדוק בסביבה דיגיטלית תאום ודחף לתחנת בסיס חיה עם אפס-שעה חלקית תיקון אלחוטית חלקית תוכנה, מראה את מודל התוכנה של תשתיות IT.

שיקולים של אבטחה ושרשרת אספקה

תחנות בסיס אלחוטיות הן תשתיות לאומיות קריטיות, כך שאבטחה היא יתרון אבטחה ייחודי: פונקציונליות החומרה אינה קבועה מצופה לצמיתות.אם פגיעה מתגלה בתפקוד מאיץ מסוים, תיקון bitstream יכול לתקן אותה מבלי לדרוש זיכרון פיזי גם, כי תצורה FPGA יכולה להיות מוצפנת ואותנטיות באמצעות מנועי ה-HMAC, הסיכון הזדוני של tamreme C תמיכה משמעותית של משפחות אבטחה סודיות.

סיכונים שרשרת האספקה גם מצטמצם על ידי FPGA תוכנית אחריות: מפעילי יכולים ליצור מכשירים ממקורות ספקים מרובים לטעון את אותו bitstream על פלטפורמות חומרה שונות, בתנאי שהם לדבוק בסטנדרטים משותפים הליבה IP.זה חשוב במיוחד כמו מתחים גיאופוליטיים המשפיעים על זמינות למחצה. FPGAs גם לאפשר cryptocurrencies העדכונים מפתח קריפטוגרפיים שדה, המאפשר עמידה בסטנדרטים מתפתחים ללא תחליף חומרה.

הדרך ל-6G

ככל שהמחקר ל- 6G מאיץ, הדרישות של חומרת תחנת בסיס ירחיבו עוד.טכנולוגיות כגון תקשורת תת-THz, משטחים אינטליגנטיים מחדש, וממשקי אוויר של AI-native יציגו אתגרים לעיבוד אותות שסביר להניח שהם יזדקקו לחומרה מתאימה.FPGAs, במיוחד אלה משופרים עם מנועי AI משולבים - כמו AMD Xilinx Versal ACAP (הסכם אדפטימתאים) אשר משלבים סטנדרטיים עבור מעבדי חומרה של רכיבי AI.

בנוסף, המגמה כלפי RAN פתוח ומפוזרת תמשיך.FPGAs מאפשרת מערכת אקולוגית רב-דור שבה ניתן לקשור כרטיסי מאיץ שונים לפלטפורמה משותפת ולהחלפה כצרכים מתפתחים.מודל זה כבר נבדק ב- O-RAN Alliance Open Test ו- אינטגרציה מרכזי כוח.עם 6G צפויים להציג AI/ML ב-RAN, כפי שצוין על ידי מוקדם של צינורות אנרגיה LTI0, אך לא יהיה לעדכון חומרים חלופיים (IFTU) אלא גם כן, אלא גם כן, לעומת 6G, לעומת זאת, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם 6G, כלומר, כלומר, עם 6G, עם 6G, עם 6G, עם 6G, אם כן, עם 6G, עם 6G, אופציונלי, עם 6G, עם 6G, עם 6G, אופציונלי, עם 6G, אופציונלי, עם 6G, עם 6G, טקטיקות עיבוד חומרה מבוססת על ידי שימוש ב-FTU) אשר צפוי להציג AI/ML ב-FTU, לעומת זאת, עם אופציונלי, לעומת זאת, ללא יכולת עיבוד חומרה מבוססת על ידי שימוש ב-PTI) של מערכת ההפעלה, לעומת זאת, לעומת זאת, ללא יכולת עיבוד אנרגיה חלופית, לעומת זאת, לעומת

יתרונות כלכליים ומבצעיים

מעלות כוללת של נקודת מבט בעלות, פתרונות מבוססי FPGA יכולים להפחית את ההוצאות על ההון על ידי חיסול הצורך בקופסאות מרובות פונקציונליות אחת ועל ידי פריסות עתידיות מוכחות של FPGA עבור FPGA עבור מאיץ 10 שלה יכול לתמוך תכונות חדשות כגון 5G- Advanced Capability (Cape) או שיפור מיקום באמצעות עדכון תוכנה, הרחבת השימוש של תוכנות סטנדרטיות כבר פחות, כי יש צורך בתוכנות סטנדרטיות, כי הוא גם על ידי בדיקות חומרה של ניהול חומרה.

עבור שווקים מתעוררים ופריסה כפרית, שבו דפוסי התנועה עשויים להשתנות באופן דרמטי וצינורות ספקטרום יכול להשתנות, רדיו מבוסס FPGA יכול להתאים רוחב פס לא סטנדרטי או דפוסים בין-מסלולים מבלי לדרוש שבב מותאם אישית ספינ.אפשרות זו לגשר על הפער הדיגיטלי מהר יותר מאשר לחכות ל- ASICs בנוי מטרה מותאם לתוכנית הספקטרום הייחודי של כל אזור.

מסקנה: The Invisible Chameleon of theRAN

FPGAs ממלא תפקיד מרכזי בתחנות הבסיס האלחוטיות של הדור הבא, מתנהג כמו מנועים משינוי צורה נישאים ביצועים חומרה גולמיים עם גמישות תוכנה.הם אינם פנאצה - הם דורשים מיומנויות עיצוב מיוחדות ועלויות גבוהות יותר לכל ענישה בקנה מידה קיצוני - אבל הערך הייחודי שלהם בנוף המשתנה במהירות של 5G ורשתות עתידיות הוא בלתי ניתן להכחיש.