現(xiàn)在,我們已經(jīng)開(kāi)始適應(yīng)5G,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商已計(jì)劃采用 5G-Advanced的3GPP標(biāo)準(zhǔn)第18版。這一新版本支持眾多功能,如擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、厘米級(jí)定位精度和微秒級(jí)室外和室內(nèi)定時(shí)精度,將引發(fā)RAN基礎(chǔ)設(shè)施中計(jì)算需求爆炸式增長(zhǎng)。
考慮為消費(fèi)者和企業(yè)提供固定無(wú)線(xiàn)接入。通過(guò)大規(guī)模 MIMO RRU應(yīng)用波束成形技術(shù),必須管理繁重又不斷變化的流量,而UE則必須支持運(yùn)營(yíng)商聚合。兩者都需要更大通道容量。解決方案則必須更環(huán)保,保證高性能和低延遲,更有效地管理可變負(fù)載,更經(jīng)濟(jì)高效地支持大規(guī)模部署。
基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備制造商希望將基于DSP的ASIC硬件的所有功耗、性能和單位成本優(yōu)勢(shì),以及所有這些硬件的附加功能集成到一個(gè)更加高效的包中。
虛擬RAN和矢量處理
虛擬化RAN(vRAN)組件能夠在一個(gè)計(jì)算平臺(tái)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)鏈路,踐行更高效承諾。這些系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)十年的C-RAN目標(biāo),即保障規(guī)模經(jīng)濟(jì)性,使供應(yīng)商更具靈活性,以及通過(guò)軟件集中管理多鏈路和擁堵流量。我們知道如何在大型通用CPU上虛擬化作業(yè),因此滿(mǎn)足這種需求的解決方案似乎是不言自明的。這些平臺(tái)也有缺點(diǎn),即在無(wú)線(xiàn)技術(shù)核心進(jìn)行信號(hào)處理時(shí),價(jià)格高昂、能耗過(guò)高且效率低下。
嵌入式DSP搭配大矢量處理器,專(zhuān)為滿(mǎn)足信號(hào)處理任務(wù)(如波束成形)的速度和低功耗而設(shè)計(jì),但過(guò)去不支持在多個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)工作負(fù)載共享。擴(kuò)大容量需要添加更多內(nèi)核,有時(shí)需要添加較大的內(nèi)核集群,或者最好通過(guò)預(yù)設(shè)的內(nèi)核分區(qū)以靜態(tài)形式共享。
▲動(dòng)態(tài)矢量線(xiàn)程
矢量處理一直處于瓶頸,因?yàn)?strong>矢量計(jì)算單元(VCU)占用矢量DSP中的大部分區(qū)域。盡可能高效地使用該資源對(duì)于實(shí)現(xiàn)虛擬化RAN容量最大化至關(guān)重要。將內(nèi)核數(shù)量加倍以處理兩個(gè)通道的默認(rèn)方法要求每個(gè)通道使用單獨(dú) VCU。
但在任何情況下,一個(gè)通道中的軟件都可能需要矢量算術(shù)運(yùn)算的支持,而另一個(gè)通道可能正在運(yùn)行標(biāo)量操作;在這兩個(gè)周期中,其中一個(gè)VCU處于空閑狀態(tài)。換個(gè)思路,假設(shè)一個(gè)VCU同時(shí)為兩個(gè)通道提供服務(wù),并使用兩種矢量算術(shù)運(yùn)算和矢量寄存器文件。
仲裁器可根據(jù)通道需求動(dòng)態(tài)決定如何以最佳方式使用這些資源。如果兩個(gè)通道在同一周期中都需要矢量算法,則這些通道將被定向至相應(yīng)的矢量ALU和矢量寄存器文件。如果只有一個(gè)通道需要矢量支持,則可以跨兩個(gè)矢量單位進(jìn)行條帶化計(jì)算,加速計(jì)算過(guò)程。這種在兩個(gè)獨(dú)立任務(wù)之間管理矢量操作的方法與執(zhí)行線(xiàn)程非常相似,最大程度地利用固定計(jì)算資源同時(shí)處理一個(gè)或多個(gè)任務(wù)。
此技術(shù)便是動(dòng)態(tài)矢量線(xiàn)程(DVT),會(huì)將每個(gè)周期的矢量操作分配給一個(gè)或兩個(gè)高速算術(shù)單元(在此示例中)。您可以試想,將這一概念擴(kuò)展到更多線(xiàn)程中,甚至可以進(jìn)一步優(yōu)化可變通道負(fù)載中的VCU利用率,因?yàn)楠?dú)立線(xiàn)程中的矢量操作通常不同步。
支持DVT需要對(duì)傳統(tǒng)矢量處理進(jìn)行多個(gè)擴(kuò)展。操作必須由廣泛的矢量算術(shù)單元執(zhí)行,才能允許每個(gè)周期進(jìn)行 128次或更多MAC操作。VCU還必須為每個(gè)線(xiàn)程提供矢量寄存器文件,才能單獨(dú)存儲(chǔ)各線(xiàn)程的矢量寄存器內(nèi)容。矢量仲裁單元通過(guò)線(xiàn)程之間的競(jìng)爭(zhēng)有效地安排矢量操作。
此功能如何支持虛擬化RAN?在絕對(duì)峰值負(fù)載下,此類(lèi)平臺(tái)上的信號(hào)處理要求將會(huì)繼續(xù)得到如期的滿(mǎn)足,因?yàn)樗鼈兾挥陔p核DSP上(每個(gè)都具有單獨(dú)的VCU)。
當(dāng)一個(gè)信道需要矢量算術(shù)運(yùn)算,而另一個(gè)信道在標(biāo)量處理中處于靜止?fàn)顟B(tài)或被占用時(shí),第一個(gè)信道通過(guò)使用全向量容量可以更快地完成矢量循環(huán)。與兩個(gè)DSP內(nèi)核相比,這樣占用的空間更小,提供的平均吞吐量更高。
更高的波束成形和固定無(wú)線(xiàn)接入效率
另一個(gè)關(guān)于DVT如何在基帶處理中支持更高效率的示例可在5G-Advanced RRU中了解。
這些設(shè)備必須支持大規(guī)模MIMO處理以促進(jìn)波束成形。大型MIMO RRU預(yù)計(jì)將支持多達(dá)128個(gè)有源天線(xiàn)單元,包括對(duì)多用戶(hù)和運(yùn)營(yíng)商提供支持。這意味著無(wú)線(xiàn)電設(shè)備具有大量計(jì)算要求,并在使用DVT時(shí)效率更高。在支持固定無(wú)線(xiàn)接入的 UE、終端和CPE中,運(yùn)營(yíng)商聚合還可受益于DVT。DVT對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)施和UE終端都大有裨益。
虛擬化RAN需要具有動(dòng)態(tài)矢量線(xiàn)程的DSP
盡管人們傾向?qū)⒋笮屯ㄓ锰幚砥饕暈闈M(mǎn)足這些虛擬化需求的正解,但在信號(hào)處理路徑中,這樣的做法代表著倒退。我們不能忘記,基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備制造商有充分的理由改用帶有嵌入式DSP的ASIC。處理器價(jià)格昂貴、耗電且無(wú)法正確處理信號(hào)。富有競(jìng)爭(zhēng)力的固定無(wú)線(xiàn)接入解決方案需要繼續(xù)利用基于A(yíng)SIC的DSP的優(yōu)勢(shì),同時(shí)還需要利用對(duì)動(dòng)態(tài)矢量線(xiàn)程的支持。
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本文作者:Nir Shapira, Business Development Director, CEVA
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原文標(biāo)題:動(dòng)態(tài)矢量線(xiàn)程可在固定無(wú)線(xiàn)接入、vRAN和大規(guī)模MIMO波束成形等方面實(shí)現(xiàn)高效率
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