5G時(shí)代下FPGA展現(xiàn)更多特有優(yōu)勢(shì)

沈叢

“通訊行業(yè)是FPGA的主力戰(zhàn)場(chǎng)。”京微齊力創(chuàng)始人&CEO王海力同記者說(shuō)道。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，通訊行業(yè)也迎來(lái)了井噴式的發(fā)展，那么在未來(lái)，對(duì)于FPGA這類具備高靈活性的芯片來(lái)說(shuō)，在5G的時(shí)代將有著怎樣的發(fā)展？

FPGA——5G通信的硬件載體

由于FPGA通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)任意芯片的邏輯功能，例如ASIC、DSP甚至PC處理器等，被人成為“萬(wàn)能”芯片，在通訊行業(yè)一直以來(lái)頗受歡迎。“早在SG以前，在原有的通訊基站設(shè)備中就已經(jīng)運(yùn)用到了FPGA芯片，這是由于FPGA是通訊行業(yè)天然的靈活的載體，相比較于CPU而言，有著高吞吐率、高帶寬、靈活可編程的特點(diǎn)。在終端的設(shè)備的運(yùn)用上，相比GPU而言，具備低功耗的優(yōu)勢(shì)，因此，F(xiàn)PGA在5G產(chǎn)業(yè)下依然可以成為很好的載體。”王海力說(shuō)道。

紫光同創(chuàng)市場(chǎng)總監(jiān)呂喆也認(rèn)為，SG的到來(lái)將會(huì)給FPGA的發(fā)展創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)。與前一代相比，SG對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，比如100倍的數(shù)據(jù)速率、100倍的互聯(lián)設(shè)備數(shù)量，以及1000倍的網(wǎng)絡(luò)容量，5G網(wǎng)絡(luò)的典型特點(diǎn)包括高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低延時(shí)，以及更高的可擴(kuò)展性、智能性和異構(gòu)性。為滿足這些新的要求，5G網(wǎng)絡(luò)必須采用許多新的技術(shù)，比如海量MIMO，云RAN，新的基帶和RF架構(gòu)，以及很多新協(xié)議的實(shí)現(xiàn)等，而這些新的技術(shù)存在不確定性和較長(zhǎng)的優(yōu)化和迭代過(guò)程，而且市場(chǎng)上短期內(nèi)沒(méi)有形成統(tǒng)一的方案，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和運(yùn)維通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到最優(yōu)之前，都需要FPGA方案解決。另一方面，通信業(yè)務(wù)的很多應(yīng)用場(chǎng)景是需要隨時(shí)升級(jí)的、接口轉(zhuǎn)換、5G新協(xié)議、FLEXE以太新協(xié)議、5G無(wú)線基帶算法、5G無(wú)線回傳、傳送CPE盒式設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)處理器業(yè)務(wù)卸載等SG高端場(chǎng)景使用需求，這些都是FPGA的機(jī)會(huì)。

此外，呂喆認(rèn)為，F(xiàn)PGA的靈活性、差異化、高性能、低延時(shí)、多I/O、高速接口等特點(diǎn)，在5G網(wǎng)絡(luò)的很多應(yīng)用場(chǎng)景中是不可替代的，因此在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，5G通信設(shè)備中的許多需求，無(wú)法用固定、統(tǒng)一的芯片來(lái)解決解決。比如，5G通信的MIMO天線陣列和波束成形技術(shù)的出現(xiàn)，需要大量信號(hào)并行處理，而FPGA是解決這類需求的最理想的解決方案。由此可見(jiàn)，5G對(duì)于FPGA這類靈活性較強(qiáng)的芯片有著較強(qiáng)的依賴性。

國(guó)產(chǎn)FPGA快速成長(zhǎng)出現(xiàn)契機(jī)

盡管在5G之前，F(xiàn)PGA已經(jīng)在通訊行業(yè)大放異彩，但在是SG時(shí)代，F(xiàn)PGA發(fā)揮出了其更多特有的優(yōu)勢(shì)。“首先，F(xiàn)PGA在SG中高帶寬能力表現(xiàn)的非常好，F(xiàn)P-GA的帶寬能承載幾十G到幾百G，大量數(shù)據(jù)帶寬進(jìn)來(lái)之后，F(xiàn)P-GA能夠進(jìn)行邏輯運(yùn)算，再進(jìn)行穩(wěn)定輸出。其次，在SG中FPGA的低延時(shí)性體現(xiàn)得非常明顯，這是由于FPGA用的是硬件載體，而不是像CPU -樣的軟件載體。最后，5G中FPGA的靈活性主要體現(xiàn)在其高兼容性，這是由于，在SG設(shè)備中，同樣需要兼容3G、4G，在未來(lái)甚至兼容5Gplus或者6G，F(xiàn)PGA這種多標(biāo)準(zhǔn)多協(xié)議處理能力在SG設(shè)備中發(fā)揮得淋漓盡致。”王海力同記者說(shuō)道。

呂喆認(rèn)為，從產(chǎn)業(yè)進(jìn)程來(lái)看，F(xiàn)PGA在5G通信商用初期顯得尤為重要。相對(duì)于核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，5G通信將帶來(lái)物理層和邏輯層協(xié)議的不斷升級(jí)，各設(shè)備廠家為了搶占產(chǎn)品和技術(shù)的制高點(diǎn)，甚至在標(biāo)準(zhǔn)還未凍結(jié)之前就推出原型樣機(jī)甚至小批量，而這只有可靈活編程的FPGA可以做到。因此，在基站、基站控制、承載和傳輸?shù)犬a(chǎn)品中將會(huì)用到大量FPGA器件。

由于國(guó)產(chǎn)FPGA發(fā)展起步較晚，技術(shù)與海外相比扔存在著較大差距，國(guó)內(nèi)高端FPGA產(chǎn)品仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口。然而，隨著中國(guó)5G的大力發(fā)展，能否推動(dòng)國(guó)產(chǎn)FPGA發(fā)展并打破海外技術(shù)的壟斷，成為了如今人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在王海力看來(lái)，這并不是一個(gè)不可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，只是需要一些時(shí)間和機(jī)會(huì)。“我認(rèn)為，在未來(lái)的5-10年中，中國(guó)的通訊行業(yè)若是能大量使用國(guó)產(chǎn)FPGA芯片，同時(shí)降低國(guó)產(chǎn)FPGA芯片的使用門檻，對(duì)于打破海外對(duì)于FPGA技術(shù)的壟斷將會(huì)有非常大的幫助。通訊行業(yè)占到了FPGA

30% - 40%的市場(chǎng)占有率，然而在此之前都是美國(guó)的FPGA廠商在為國(guó)內(nèi)通訊行業(yè)服務(wù)，但是中國(guó)廠商若能在建立SG基站的前期提供大量的支持，那么對(duì)于打破美國(guó)在FPGA行業(yè)的壟斷指日可待。”