Qualcomm первым заняла лидирующие позиции в области усовершенствованных модемных чипов для смартфонов 5G. Но теперь компания расширяет свои амбиции в этой технологии, выпуская новую ускорительную карту серверного уровня для базовых станций 5G.

Полупроводниковый гигант недавно выпустил ускорительную карту 5G DU X100, которую можно использовать в кластере серверов в недрах базовой станции для обработки радиосигналов, проходящих через антенны на вершине башни. Плата ускорителя подключается к серверам базовой станции, также называемым распределенным блоком или DU, через слот PCIe, чтобы разгрузить центральный процессор макроячейки по формированию луча и другим задачам основной полосы частот 5G.

Сегодня большинство базовых станций 5G имеют два основных компонента: антенны и другую электронику, которая преобразует и усиливает радиочастотные сигналы в радиоблоке. Затем распределенный блок используется для выполнения некоторых наиболее чувствительных ко времени функций основной полосы частот при передаче данных от антенн. Nokia, Ericsson, Huawei Technologies и другие гиганты телекоммуникационного оборудования продают оба этих компонента в закрытом и проприетарном комплекте, который сочетает в себе внутреннюю прошивку и программное обеспечение, работающее на заказных микросхемах.

Но то, как операторы беспроводной связи строят сотовую инфраструктуру, меняется. Новая технология, называемая «виртуализированными» сетями радиодоступа, позволяет им использовать более дешевое стандартное оборудование и готовые процессоры для построения сетей 5G. Это также позволяет операторам связи избегать привязки к одному поставщику и собирать базовые станции по частям, укрепляя конкуренцию в оборудовании 5G и открывая двери для новых поставщиков.

Но эти типы процессоров не могут обрабатывать огромные объемы данных в сетях 5G в одиночку. Проблема заключается в том, что уровень PHY в стеке протоколов RAN зависит от функций основной полосы частот в реальном времени и сложных алгоритмов обработки сигналов, которые перегружают ЦП сервера базовой станции, снижая производительность и увеличивая задержку. Чтобы увеличить пропускную способность сети, телекоммуникационные компании дополнили процессоры ускорителями, в основном основанными на FPGA от Xilinx и Intel, аппаратно запрограммированных для выполнения ряда рабочих нагрузок 5G.

В прошлом году Qualcomm заявила, что пытается расширить свое присутствие на базовых станциях 5G с помощью нового семейства систем на кристалле (SoC), которые менее программируемы, но более энергоэффективны и дешевле, чем FPGA.

Qualcomm Fsm200xx 1 маленький


Компания из Сан-Диего, штат Калифорния, разместила один из этих чипов на плате серверного ускорителя 5G DU X100, которая может одновременно поддерживать так называемые диапазоны миллиметровых и суб-6 волн, используемые сетями 5G. По словам Qualcomm, DU X100 подключается к любому стандартному серверу через порт PCIe, предоставляя поставщикам телекоммуникационного оборудования и операторам беспроводной связи «готовое решение для простоты развертывания» на базовых станциях 5G.

Qualcomm заявила, что DU X100 может выполнять широкий спектр операций основной полосы частот и обработки сигналов, также называемых функциями уровня 1, разгружая их с центрального процессора сервера. Например, каждый раз, когда смартфон отправляет данные на базовую станцию, он кодирует информацию в виде радиопередачи, называемой несущей. Ускоритель может выполнять функции демодуляции, декодирования радиосигнала и фильтрации любых помех в данных.

Карта также может выполнять тяжелые вычисления, связанные с массивной технологией MIMO, которая требует использования радиоприемников с большим количеством сотовых антенн на каждой базовой станции. Сегодня базовые станции за сетями 5G, как правило, имеют от 64 до 128 антенн, которые могут фокусировать радиочастотные сигналы, как прожекторы, направленные непосредственно на смартфоны и другие устройства, вместо того, чтобы излучать радиоволны широким конусом, как прожектор.

Эти массивные антенны MIMO означают, что базовые станции могут одновременно отправлять и принимать гораздо больше сигналов, повышая эффективность базовой станции и увеличивая пропускную способность сети 5G оператора.

DU X100 также может помочь с базовой технологией формирования луча, используемой для тщательной координации сигналов, исходящих от антенн, встроенных в базовую станцию ​​5G. Формирование луча используется для определения идеального маршрута передачи на смартфон или другое устройство и направления радиоволн вокруг любых препятствий, что приводит к более высокой скорости передачи данных при той же мощности. А поскольку базовая станция перемещает сигналы в определенном направлении, а не транслирует их повсюду, помех в сети 5G оператора намного меньше.

Формирование луча также идеально подходит для диапазонов миллиметровых волн, которые могут блокироваться стенами и ослабевать на больших расстояниях, фокусируя сигналы в более сильные лучи и формируя их вокруг препятствий.

Чип также может обрабатывать алгоритмы кодирования каналов, которые исправляют ошибки в радиопередачах, возникающие из-за помех или слабых сигналов. Кодирование канала помогает предотвратить повторную передачу, уменьшая задержку. Его также можно использовать для функций fronthaul, которые передают информацию от короны антенн на базовой станции 5G в систему основной полосы частот, которая, в свою очередь, работает для пересылки пакетов данных в базовую сеть оператора.

Qualcomm Fsm200xx 2, маленький


ОТ НАШИХ ПАРТНЕРОВ

Архитектура сопроцессора: проекты быстрого прототипирования

Технология между нами: ИИ
Qualcomm заявила, что карта DU X100 представляет собой так называемый «встроенный» ускоритель, размещаемый перед ЦП базовой станции и перехватывающий пакеты, идущие от антенн. В результате Qualcomm заявила, что может обрабатывать пакеты данных, используемые для формирования луча и других функций основной полосы частот, без какого-либо вмешательства ЦП, что снижает задержку и энергопотребление. Следовательно, это снижает затраты на питание и охлаждение базовой станции 5G.

По словам Qualcomm, перенос функций основной полосы частот на карту X100 уменьшает количество ядер ЦП, которые телекоммуникационные компании вынуждены покупать на базовую станцию ​​5G. Это потенциально снижает затраты на оборудование.

Qualcomm не одинока в расширении своих амбиций в области 5G. Например, Nvidia пытается завоевать большую долю рынка с помощью своего семейства DPU Bluefield, которые разгружают сетевые и другие рабочие нагрузки с ЦП, чтобы повысить производительность серверов. В конце прошлого месяца компания выпустила подключаемую ускорительную карту 5G для серверов на базе DPU Bluefield-2, графического процессора Ampere A100 и программного инструментария «Aerial».

Marvell также пытается дать отпор Qualcomm, Xilinx, Broadcom и другим конкурентам на рынке базовых станций с помощью своего новейшего семейства DPU Octeon, которые являются первыми в отрасли серверными процессорами, использующими 5-нм узел TSMC.

Карта X100 также может поддерживать открытый стандарт RAN для открытых сетей радиодоступа. Open RAN служит программным интерфейсом между строительными блоками базовой станции 5G, предоставляя телекоммуникационным компаниям возможность смешивать и сочетать компоненты от разных поставщиков. Это отражает то, как большинство современных центров обработки данных оснащены широким ассортиментом серверов «белого ящика» и других коробок оборудования общего назначения от различных фирм.

Open RAN обещает предоставить телекоммуникационным компаниям гибкость для более быстрого и дешевого развертывания функций в сетях 5G за счет обновления базовой станции программным или аппаратным обеспечением на основе открытого стандарта RAN. Это потенциальная альтернатива покупке проприетарных наборов аппаратного и программного обеспечения от Huawei Technologies, Nokia, Ericsson, Samsung и других производителей телекоммуникационного оборудования, которые несовместимы друг с другом.

«Мы тесно сотрудничаем с операторами мобильной связи, поставщиками сетевого оборудования, органами по стандартизации и другими ключевыми заинтересованными сторонами, чтобы обеспечить масштабное развертывание инновационных, высокопроизводительных, виртуализированных и модульных сетей 5G», — Дурга Маллади, старший вице-президент Компания Qualcomm, занимающаяся инфраструктурой 5G, говорится в заявлении компании, которая надеется поставлять ускоритель существующим поставщикам, а также новым игрокам.

Qualcomm заявила, что планирует начать выпуск ускорительной карты DU X100 в первой половине 2022 года.