中國(guó)本土第一款5G小基站基帶SoC橫空出世

發(fā)布時(shí)間：2021-09-08 文章來(lái)源：本站瀏覽次數(shù)：6555

近兩年，中國(guó)5G通信系統(tǒng)，特別是宏基站的部署推進(jìn)速度有所減緩，一個(gè)很重要的原因就是成本和功耗問題。例如，中國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買一個(gè)5G宏基站的費(fèi)用達(dá)到16萬(wàn)元人民幣，而整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)的基站數(shù)量可能是4G系統(tǒng)的3倍左右，而當(dāng)下中國(guó)4G、3G網(wǎng)絡(luò)的基站數(shù)量約為550萬(wàn)個(gè)，要想讓5G實(shí)現(xiàn)4G那樣的覆蓋規(guī)模的話，保守計(jì)算（2倍數(shù)量），需要至少1000萬(wàn)個(gè)宏基站，這樣的直接投資就是1.6萬(wàn)億元，而從2012年至2019年底，中國(guó)4G所有宏基站的投資才7000多億元左右�？梢姡@樣的成本壓力是難以承受的。另外，功耗也是一個(gè)很大的問題，具體數(shù)據(jù)非常驚人，三大電信運(yùn)營(yíng)商全部部署5G宏基站的話，它們?nèi)甑睦麧?rùn)之和都不夠交電費(fèi)的。

因此，不可能在整個(gè)5G基站系統(tǒng)中全部使用宏基站，需要有低成本、低功耗的方案作為補(bǔ)充，協(xié)調(diào)發(fā)展。而小基站正好是理想的解決方案。

目前來(lái)看，小基站迎來(lái)了一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)遇，原因在于：5G工作頻率升高，宏基站的覆蓋半徑大幅減小，室內(nèi)無(wú)法覆蓋，需要小基站補(bǔ)盲；流量需求按指數(shù)律增加，且流量的80% 發(fā)生在室內(nèi)，需要小基站處理流量；運(yùn)營(yíng)商成本壓力巨大：宏基站采購(gòu)部署成本（Capex）在萬(wàn)億級(jí)，而且如果全部使用宏基站，則運(yùn)維費(fèi)用（Opex）也難以為繼，需要小基站降低運(yùn)營(yíng)成本；小基站在有些場(chǎng)合可以替代宏站。

在5G通信系統(tǒng)當(dāng)中，小基站在網(wǎng)絡(luò)中的定位和功能與傳統(tǒng)宏基站相同，“麻雀雖小，五臟俱全”。小基站與宏基站可以同時(shí)組網(wǎng)并獨(dú)立工作，小基站不需要通過宏基站將數(shù)據(jù)傳出。小基站甚至可以獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)營(yíng)。

現(xiàn)在市場(chǎng)也有商用的小基站，但數(shù)量很少，主要原因依然是成本和功耗，一般要5~8萬(wàn)元一個(gè)，與宏基站相比，成本還是在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上，不具備明顯的成本優(yōu)勢(shì)，難以推廣。

可以說(shuō)，5G給誕生多年，但一直沒有發(fā)展起來(lái)的小基站提供了絕佳的發(fā)展機(jī)遇，誰(shuí)能先研發(fā)出具有較強(qiáng)實(shí)用性的基帶SoC并實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，誰(shuí)就能在這片藍(lán)海獲得競(jìng)爭(zhēng)先機(jī)。

PC802

據(jù)比科奇（Picocom）創(chuàng)始人兼CEO蔣穎波博士介紹，該公司研發(fā)的小基站基帶SoC芯片PC802即將上市，就是要幫助客戶解決應(yīng)用中的成本和功耗痛點(diǎn)。采用該芯片的小基站，最低單個(gè)成本只有2000元左右，但其下行速率與宏基站相比，差距不大（宏基站約為6Gbps，小基站約為4 Gbps），因此，小基站每bit成本很低。

做小基站基帶系統(tǒng)的門檻很高，需要對(duì)芯片設(shè)計(jì)和通信系統(tǒng)有很廣、很深的理解。比科奇成立于2018年，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)多來(lái)自早年的Picochip公司，有著近20年的3G、 4G、5G小基站芯片和基帶（物理層）軟件開發(fā)積累。該公司總部位于杭州，是一家中國(guó)本土IC設(shè)計(jì)企業(yè)。目前，全球能做這種SoC的廠商很少，且國(guó)內(nèi)只有這一家。

即將面世的首款芯片PC802，在Sub-6Ghz頻段上的性能、接口、成本等各方面全球領(lǐng)先，采用臺(tái)積電12nm制程工藝，支持URLLC，支持4G / 5G雙模，支持多載波/載波聚合，支持5GNR（Sub-6GHz和毫米波頻段）。該芯片既可以做一體化方案，也可以做分布式方案（具有很好的可擴(kuò)展性）。

對(duì)于該芯片的算力，蔣穎波博士表示，相對(duì)于4G系統(tǒng)，其5G小基站方案算力可以提升20倍，具體來(lái)看，4G是20M的帶寬，5G的帶寬是100M，比科奇的最新芯片可以支持兩個(gè)100M帶寬容量，這樣，就有10倍算力的提升。而該芯片可支持4根天線，而傳統(tǒng)的4G小基站多為兩根天線，這樣綜合算起來(lái)，算力就有了20倍的提升。

目前，比科奇正在同多個(gè)運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商進(jìn)行接口對(duì)接，以便芯片盡快規(guī)模部署。

芯片設(shè)計(jì)理念

做小基站SoC的一個(gè)最大挑戰(zhàn)就是提高算力的同時(shí)，可以有效的控制功耗。

談到PC802的設(shè)計(jì)理念時(shí)，蔣穎波博士表示，這款小基站基帶芯片設(shè)計(jì)具有相當(dāng)高的技術(shù)含量，從最初的設(shè)計(jì)架構(gòu)搭建階段，就考慮到了其專用性，盡可能地將相應(yīng)地功能“硬化”，同時(shí)保證足夠的靈活性，以應(yīng)對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景和標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)軟硬件的切分能力要求很高，需要很多積累才能做到，這也正是該類芯片設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。

蔣穎波博士認(rèn)為，隨著摩爾定律所能發(fā)揮的作用越來(lái)越弱，要想進(jìn)一步提高算力，就必須采用異構(gòu)的方法設(shè)計(jì)SoC，這也是比科奇小基站基帶SoC設(shè)計(jì)的基本思路和方法，把很多常用的數(shù)據(jù)處理功能模塊“硬化”在芯片內(nèi)部，從而進(jìn)一步提升了算力，同時(shí)又較好地控制住了功耗。

在筆者看來(lái)，這種芯片設(shè)計(jì)理念，與DPU如出一轍，即根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)芯片內(nèi)部架構(gòu)進(jìn)行特殊處理，使相應(yīng)功能設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的專用性。蔣穎波博士表示，要根據(jù)基帶的特性，保持CPU的可編程性，同時(shí)將其它對(duì)靈活性要求不高的功能都“硬化”，形成“加速器”。這樣，在提高性能和效率的同時(shí)，還不會(huì)顯著增加功耗。此外，它又不只是像DPU那樣的計(jì)算引擎，這對(duì)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的通信技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知深度的要求很高。

ORANIC

除了芯片，比科奇還提供物理層軟件，以及開發(fā)板，為客戶提供Turn-key解決方案。

例如，ORANIC板卡集成了四顆PC802芯片，可提供四個(gè)25G以太網(wǎng)SFP連接器，從而可以通過eCPRI/Open Fronthaul前傳來(lái)支持多個(gè)射頻單元（RU），支持多達(dá)32個(gè)天線。ORANIC板卡在支持5G NR物理層（PHY）的同時(shí)，也能夠運(yùn)行LTE PHY。LTE是室內(nèi)基站的必需功能，用來(lái)保證支持只有LTE功能的用戶終端。

比科奇的一家客戶在進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估后，認(rèn)為ORANIC板卡可以將層一層二的功耗降低超過75%，即對(duì)應(yīng)一個(gè)2T2R O-RU的O-DU處理的功耗從74瓦降低到17瓦。此外，ORANIC板卡可大大減少邊緣所需的服務(wù)器數(shù)量，比科奇的另一家客戶估計(jì)可減少三倍，這是因?yàn)椴捎昧藢Ｓ玫�、�?jīng)過優(yōu)化的芯片來(lái)滿足對(duì)處理能力有苛刻要求的PHY（層一）的處理。這也將使分布式的RAN設(shè)備可以被布置到在目前不太可能去部署的地方，例如路邊機(jī)柜。

ORANIC板卡支持靈活的RAN網(wǎng)絡(luò)部署，可用于農(nóng)村郊區(qū)、空曠室外、人口密集城區(qū)、工業(yè)4.0、體育場(chǎng)館、企業(yè)、城市、人口超級(jí)密集城區(qū)等，且越是人員密集的區(qū)域，越能派上用場(chǎng)。

5G發(fā)展受限于應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，而比科奇的SoC性能可以幫助小基站發(fā)展和拓展很多原來(lái)意想不到的應(yīng)用場(chǎng)景，目前，這樣的事情正在該公司的一家大客戶那里發(fā)生了。

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