手機便攜
返回首頁

5G市場對于RISC-V的機會有多少?從基站到手機

2021-05-10 來源:EEWORLD

RISC-V指令集架構(ISA)的多功能性可以從使用該技術的5G應用的廣度中看出。示例包括完整的5G基站片上系統(SoC),5G小蜂窩分布式單元(DU)SoC,針對5G無線電資源管理進行了優化的循環神經網絡(RNN)IC,甚至包括RISC的手機也在開發中。


在最近的一項開發中,宣布了一種基于RISC-V參考設計的高度集成且可編程的5G調制解調器處理器。該SoC符合OpenRAN(或O-RAN)標準,適用于使用開放式軟件定義內核,可互操作的無線接入網絡(RAN)解決方案。與專有的基于Intel Xeon的解決方案所消耗的100W功率相比,該基于RISC-V的SoC僅消耗10W的功率,據稱可將基站的總擁有成本降低多達50%。


新SoC設計的重要部分是開發了大約100條新的自定義指令,這些指令已添加到RISC-V指令集體系結構(ISA)中已經存在的向量擴展中。新指令優化了矢量擴展,以加速實現4G和5G信號處理和通信協議所需計算復雜的數學運算。


image.png

RISC-V對于高度集成的低功耗5G基站解決方案的開發至關重要。圖片:EdgeQ


基站SoC使用Andes Technology的RISC-V核心許可構建的,以提供具有集成人工智能(AI)的完全開放和可編程的5G平臺。最終設計擴展并定制了RISC-V指令集體系結構(ISA),以實現以前的無線基礎架構解決方案無法滿足的性能、功能和功耗要求。


由于SoC包括廣泛的矢量處理擴展,因此它也非常適合執行AI和機器學習(ML)功能。 RISC-V內核具有可用于ML活動的額外處理能力。內核在空閑時可以卸載ML活動的處理。內核甚至可以在4G / 5G和ML工作負載之間進行分區,這些工作負載是在服務質量(QoS)管理的基礎上分配的。使用SoC的設計人員可以對內核進行完全C / C ++訪問,從而使其比其他基站解決方案更加靈活和可編程性。除了4G / 5G基站外,預計SoC還可以在工廠自動化,工業4.0和機器人技術中找到應用。


面向5G O-RAN小型蜂窩的RISC-V


具有集成外設的AndesCore RISC-V 32位內核對于開發5G小型蜂窩分布式單元(DU)SoC至關重要。RISC-V內核的緊湊尺寸允許DU將32個內核打包到兩個集群中的O-RAN SoC,從而以高達25 Gbps的線速提供靈活性和數據吞吐量,以進行數據包頭處理。根據DU供應商Picocom的說法,使用小型RISC-V的群集比使用少量較大的內核更有效。這種集群化RISC-V方法支持最大的靈活性,以應對未來的5G NR標準更改,同時在要求非常苛刻的應用中提供高性能。


5G系統使用正交頻分多址(OFDMA)協議。在這樣的系統中,數據在大小范圍從0.125到0.25 ms的時隙中傳輸。這些時隙中承載的流量的調度是一項關鍵活動。正在設計和部署高效的5G基站,以處理大量用戶并支持幾個獨立的移動運營商。每個操作員可能需要自己的軟件。因此,管理5G小區站點中的無線電資源是一個復雜的過程。


用于5G無線電資源管理的神經網絡


5G新無線電的無線電資源管理(RRM)很復雜。必須最大程度地利用可用頻帶,尤其是在高度異構的業務(例如,微小的傳感器節點與移動路由器)以及快速變化的無線電信號傳播條件下。為了有意義,RRM必須在幾毫秒內執行;否則,QoS可能會受到影響。 5G應用場景的多樣性對RRM提出了嚴格的要求。這些應用程序包括:


自動駕駛汽車具有很高的可靠性和低延遲

視頻電話和虛擬現實的高帶寬

大規模物聯網的機器對機器通信


FPGA可用于處理必要的資源分配算法,以將有限的資源(例如,頻帶,發射功率,數據速率)有效地分配給移動客戶端。但FPGA成本太高,無法用于5G網絡所需的大規模密集部署中。為了滿足這一需求,已經提出了針對RRM應用的具有遞歸神經網絡(RNN)特定擴展的基于RISC-V的加速器。提出的解決方案包括硬件優化和軟件優化。


這些擴展保持了與標準RISC-V ISA的向后兼容性,并且只增加了3.4%的額外面積開銷,最長路徑的長度不變。該解決方案非常靈活,并且支持用于各種RRM任務的多種RNN的性能改進。與基本RISC-V ISA相比,在各種RNN配置范圍內,能效(10倍)和總體性能(15倍)提高了一個數量級。


RISC-V手機


以下是開發基于RISC-V的手機的三個示例。盡管這些活動不僅限于5G,但它們指出了基于RISC-V的5G手機的未來發展。


Precursor是袖珍型設備和開放式硬件開發平臺,用于安全,移動的計算和通信。它包括一個內置顯示器,一個物理鍵盤和一個內置電池,同時比普通智能手機更小,更輕。它由FPGA托管的軟核片上系統(SoC)提供支持,它使開發人員可以自由檢查,驗證和自定義其操作的每個方面。Precursor圍繞Xilinx XC7S50主片上系統(SoC)FPGA構建:一級緩存可延長電池壽命,并具有100 MHz VexRISC-V,RV32IMAC + MMU,4k L1 I / D緩存。


image.png

Precursor 開發平臺組件。 (圖片:Precursor )


VexRISC-V基于RV32IM指令集的FPGA優化RISC-V ISA實現,該指令集不使用任何供應商特定的IP塊。如在Precursor平臺中使用的那樣,它包括可選的MMU。


一些開發團隊正在致力于在RISC-V硬件上運行Android開放源項目(AOSP)操作系統。阿里巴巴平頭哥做出了一項努力,該公司已將Android 10移植到其內部RISC-V硬件中,該硬件是包含XuanTie C910內核(RISC-V 64)的SoC。


image.png

在RISC-V 64(XuanTie 910處理器)上運行的AOSP Android 10操作系統(圖片:Github)


SoC集成了具有3個XuanTie C910內核(RISC-V 64)和1個GPU內核。該SoC可提供4K JPEG解碼,并支持多個高速接口和外圍設備以進行數據傳輸,包括3D圖形和多媒體處理。


Debian操作已移植到RISC-V體系結構。 Debian是一個安全且穩定的基于Linux的操作系統。從筆記本電腦,臺式機到服務器,各種設備都在使用它。Mobian是Debian的衍生產品,該產品是為手機開發的,于2020年5月推出。PinePhone是基于Linux的基于Mobian的手機。雖然PinePhone基于ARM處理器,但Debian已移植到RISC-V為設計師開發基于Mobian的RISC-V手機打開了大門。


概括


如圖所示,RISC-V已在一系列5G應用中使用和開發,包括完整的5G基站片上系統(SoC),5G小蜂窩分布式單元(DU)SoC,遞歸神經網絡(RNN) )針對5G無線電資源管理進行了優化的IC,甚至包括RISC-V內核的手機也在開發中。預計RISC-V的用途將繼續擴展到越來越多的5G應用中。

進入手機便攜查看更多內容>>
相關視頻
  • 消費電子應用及設計研討會

  • STB(機頂盒)和 OTT (流媒體播放器)應用技術詳解

  • TI 針對語音識別應用的嵌入式處理器解決方案

  • TI 手持吸塵器系統方案與設計

  • 人臉識別市場的最新應用

  • Fairchild USB Type-C 技術及產品演示

    相關電子頭條文章
萝卜大香蕉