Xilinx: 5G'deki çekirdek MIMO'nun böyle bir çipe ihtiyacı var
5G'nin ticarileştirilmesi başlamak üzere. Yüksek ağ kapasitesi ve tam spektrum erişimi, verimli teknolojiler gerektirir. Büyük ölçekli çok girişli çoklu çıkış (MIMO) anten dizileri bu tür teknolojiye aittir. Buna uygun olması için, radyo frekansı biriminin sıkı güç tüketimi ve boyut paketleme gereksinimlerini karşılaması gerekir. 2017 yılında Xilinx, iletişim sistemlerinin radyo frekansı entegrasyonunda bir atılımı tamamlayan ve güç tüketimi ve paket boyutu sorunlarını çözen ilk nesil Zynq UltraScale + RFSoC'yi piyasaya sürdü. 2019'da 5G'ye geri sayım başladığında, bu serinin ikinci ve üçüncü nesil ürünleri art arda yayınlandı ve operatörlerin 5G'yi büyük ölçekte dağıtması için sağlam bir temel oluşturdu.
Öncü çalışma
İlk nesil ürünler 2012'de başladı ve resmi olarak 2017'de piyasaya sürüldü. Tek çipli uyarlanabilir bir radyo frekansı platformu olarak UltraScale + RFSoC, analogdan dijitale sinyal zinciri ve sinyal işlemeye kadar tüm işlevlerin desteğini gerçekleştirir. Mimarisi açısından bakıldığında, üst kısım, dört çekirdekli ARM, bellek, alt sistemler ve çeşitli sistem işlevlerini içeren bir işlem sistemidir. Aşağıda, AD / DA, DSP karıştırma ve filtreleme, Ethernet MAC, SD-FEC ve diğer modülleri içeren entegre RF sinyal zinciri yer almaktadır.Ayrıca, müşterilerin maksimum ürün farklılaşması elde etmek için ihtiyaçlarına göre IP eklemelerine olanak tanır.
Xilinx'te iletişim işleri müdürü Gilles Garcia, pratik bir uygulama vakası paylaştı. Bir Tier-1 kablosuz ağ sağlayıcısı, büyük ölçekli MINO telsizleri geliştiriyor. 64 × 64 mMIMO elde etmek için 4 AD / DA ile entegre 32 RF ön uç kullanarak, artık yalnızca 4 RFSoC kullanılabilirken, güç tüketimi% 50 azaltılabilir ve kart alanı% 75 oranında tasarruf edilebilir.
Gilles Garcia, Xilinx'te iletişim işleri müdürü
Benzer bir durum, büyük ölçekli çok işlevli bir aşamalı dizi radarı oluşturmak için tek çipli bir 16X16 iletim modülü kullanır. Güçlü fonksiyonları nedeniyle çip, uydu iletişimi, otomotiv lidar ve uzak PHY düğümlerine kablolu erişim gibi uygulamalarda kullanılır. Bu nesil ürünler 2018 yılında sevkiyata başladı ve birçok pazarda övgü topladı.
Kapsamlı yükseltme
Çok fazla itibar kazanan birinci nesil mimaride, ikinci ve üçüncü nesil ürünler kapsamlı bir yükseltmeye tabi tutuldu.
Birinci nesil ürünler, 4G'nin altındaki frekans bantlarını kapsar ve ikinci nesil ürünler, frekans bandını 5G'ye kadar genişletir; bu, Çin'de 4.4 ila 4.9 GHz frekans bantlarını ve Japonya'da 4 ila 5 GHz frekans bantlarını destekleyebilir. Üçüncü nesil ürünler, şu anda lisanslı ve tahsis edilmemiş olan 4 ila 6 GHz arasındaki 5G frekans bantlarını kapsayabilir.
Asya'daki 5G NR bandının tanıtım sürecini karşılayabilecek ikinci nesil ürünlerin numuneleri mevcut ve Haziran 2019'da üretime geçecek. Bu nesil ürünler, 16X16 konfigürasyonu için daha yüksek RF performansı sağlar ve birinci nesilden ikinci nesil müşteri tasarımlarına sorunsuz bir geçiş sağlayabilir.
Üçüncü nesil ayrıca RF performansını genişletir ve daha fazla kullanım durumu için uygundur, özellikle 6 GHz'in altındaki doğrudan RF örneklemesini tamamen destekler. Aynı zamanda ADC 14 bite yükseltilir, TDD kullanıldığında güç tüketimi% 20 azalır, milimetre dalga arayüzü de genişletilir ve saat dağıtım işlevi geliştirilir; ayrıca birçok yönden konuşlandırmayı basitleştirmek için enterpolasyon ve decimation işlemleri yeni eklenmiştir. Bu nesil, 2020'nin üçüncü çeyreğinde seri üretime geçecek.
Gilles Garcia, Çin ve Japonya'da yeni frekans bantlarının tahsis edildiğini ve ikinci nesil ürünlerin lansmanının operatörlerin ihtiyaçlarını zamanında karşılamak olduğunu söyledi. "3GPP 5G standardının gelişmesiyle birlikte, 5G NR bant genişliği için kullanılan 6GHz'e dönüşmesi gerekiyor. Üçüncü nesil ürünler o zamanlar çok uygundu."
Darboğazları ortadan kaldırmak için yeniden yapılandırılabilir
UltraScale + RFSoC, radyo frekansı tasarımı için çok bantlı, çok standartlı yeniden yapılandırılabilir bir platform sağlar.
Geleneksel yöntemde, çok frekanslı bantlar için RF sinyal zincirinin tasarımı, önce analog tasarımı ve ardından dijital işlemeyi gerektirir. RFSoC'yi benimsedikten sonra, bir platform birden çok frekans bandını ve birden çok standardı destekleyebilir ve farklı radyo frekansları için farklı platformlar yapılandırmaya gerek kalmaz.
RFSoC kullanımı, JESD204 arayüzünün neden olduğu iletim darboğazını da ortadan kaldırır. Bant genişliğiyle genişletmek için, çoğu ADC, 12,5 Gb / sn'ye varan bir hızla JESD204B protokolüne dayalı yüksek hızlı bir seri arabirim kullanır. Bu şema ile ilgili birçok sorun var. Öncelikle, JESD204B IP çekirdeğinin uygulanması zaman alır ve değerli FPGA mimarisinin kullanılmasını gerektirir. İkinci olarak, seri I / O güç tüketimi, daha yüksek veri hızlarında önemli ölçüde artacaktır. Dahası, JESD204'ün örnekleme hızı saniyede yaklaşık 320GB ve güç tüketimi 8W'tır, ancak RFSoC'yi benimsedikten sonra böyle bir darboğaz yoktur ve kullanımı daha uygundur.
Son avantaj, RFSoC kullanıldıktan sonra, RF doğrudan örneklemenin geleneksel orta frekanslı (IF veya Zero-IF) örneklemenin yerini almasıdır. Bu şekilde, gelen RF sinyali, önceden aşağı dönüştürme olmaksızın doğrudan örneklenebilir. Sinyal dijital hale getirildikten sonra, dijital sinyal işleme teknolojisi, daha esnek, programlanabilir bir dijital alanda alt dönüştürme ve sinyal işlemeyi tamamlamak için kullanılır. Bu RF ADC'ler daha yüksek örnekleme oranlarını destekler ve dijital alanda daha iyi filtreleme teknikleri sayesinde dinamik aralığı, sinyal kalitesini (sinyal-gürültü oranı) ve sinyal bant genişliğini daha iyi dengeleyebilirler.
Ürün rotası
Xilinx, bu serinin dördüncü neslini çoktan planladı. "Dördüncü nesil, Versal AI RF çipi olan geçtiğimiz yıl CEO'muz tarafından size tanıtıldı. Bu bizim dördüncü nesil son derece entegre RFSoC cihazımız." Gilles Garcia tanıtıldı.
Önceki üç nesilde kullanılan 16nm işleminden farklı olarak, dördüncü nesil ürünler tamamen 7nm sürecini kullanacak. Ancak Gilles Garcia, "Dördüncü nesil için yol haritası tam olarak belirlenemedi. Performansı artırmanın yanı sıra, kablosuz uygulamaların programlanabilirliğini daha da artırmak için bir AI motoru da ekleyecek" dedi.
Ayrıca, Xilinx'in mevcut AI IP'sinin 16nm olduğunu ve makine öğrenimini destekleyebileceğini, 7nm AI motorunun ise derinlemesine kablosuz algoritmaları destekleyebileceğini vurguladı.
Birinci ve üçüncü nesillerin tümü 16nm işlem kullandığından, müşteriler tasarım için aynı araçları kullanabilir. 7nm döneminde müşteriler anakartlarını ve sistemlerini yeniden tasarlamak zorunda kalacak, ancak Gilles Garcia şunları söyledi:
"Xilinx her zaman müşterilerin yatırımlarını koruma konusunda çok endişeli olmuştur. Ayrıca, 16nm'den 7nm'ye geçerken müşterilerin orijinal yatırımlarını korumaya da özen göstereceğiz."
