Xilinx又一次跨界，5G模擬舞臺(tái)將上演一出好戲

　　2月22日，Xilinx發(fā)布了RF級(jí)模擬技術(shù)—All Programmable RFSoC，稱(chēng)是實(shí)現(xiàn)面向5G無(wú)線的顛覆性技術(shù)突破。在北京的新聞發(fā)布會(huì)上，Xilinx發(fā)言人滔滔不絕地講5G挑戰(zhàn)與模擬痛點(diǎn)，筆者最大的感受是：Xilinx又跨界了!

　　故事要回到2010年，數(shù)字器件公司Xilinx招募了一些來(lái)自著名模擬器件公司的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器人才，于2012年誕生了ADC器件，集成在28nm的Virtex-7 FPGA器件中，但Virtex-7的主要賣(mài)點(diǎn)還是在FPGA的高密度上。筆者當(dāng)時(shí)也詢問(wèn)過(guò)一些專(zhuān)業(yè)的做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器分立器件的公司是否擔(dān)憂，他們認(rèn)為這只是一個(gè)噱頭。

　　沒(méi)想到時(shí)間到了2017年2月，Xilinx又卷土重來(lái)，在SoC中集成了ADC/DAC等模擬子系統(tǒng)，即FPGA+ARM處理器+軟件+RF模擬等，定位5G射頻級(jí)模擬。

　　讓我們先來(lái)看看此次發(fā)布會(huì)的內(nèi)容。

　　RFSoC使功耗和尺寸減半

　　Xilinx平臺(tái)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總裁Tim Erjavec首先登場(chǎng)，稱(chēng)All Programmable RFSoC可帶來(lái)50%-70%的功耗與封裝尺寸的縮小，對(duì)高效部署5G大規(guī)模MIMO和毫米波無(wú)線回程至關(guān)重要。

　　5G的挑戰(zhàn)有三: 頻率效率、高密度部署、能效，因而帶來(lái)了遠(yuǎn)端射頻單元、無(wú)線回傳和基帶的改進(jìn)?；鶐ПM管不是新的，但是一個(gè)重要方向。遠(yuǎn)端射頻方面，在5G等更高頻率下，需要更大規(guī)模的MIMO架構(gòu)，例如大樓側(cè)面瓦片狀天線，數(shù)量眾多——32、256甚至1024個(gè)獨(dú)立物理天線整合到一個(gè)2D陣列中，因此靈活性非常重要。

　　為此，Xilinx推出全可編程的RFSoC，下圖右側(cè)RF模擬區(qū)塊是此次發(fā)布的重點(diǎn)，它們和FPGA和ARM處理器進(jìn)行了集成。

　　具體改進(jìn)分析

　　隨后，Xilinx通訊市場(chǎng)總監(jiān)Harpinder S Matharu上臺(tái)，介紹了5G三大挑戰(zhàn)之一的遠(yuǎn)端射頻單元，稱(chēng)4G以前通過(guò)傳統(tǒng)的分立式ADC/ DAC來(lái)傳輸?shù)募纯桑?G需要大幅降低功耗，為此Xilinx拿出專(zhuān)門(mén)一部分解決5G數(shù)字前端功耗問(wèn)題，即采用了集成式數(shù)模轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。

　　通常，傳統(tǒng)的IF(中頻)采樣需要使用模擬器件在ADC采樣前進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)，而完整的射頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)無(wú)需單獨(dú)設(shè)計(jì)，就可滿足設(shè)計(jì)需求，并實(shí)現(xiàn)靈活性和可控性，使RF采樣成為5G的可行方法。

　　例如4x4 Radio，需要一個(gè)SoC，還有分立式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(4個(gè)ADC和4個(gè)DAC)，通常需要9個(gè)器件，而且把DAC、ADC和SoC進(jìn)行連接非常困難，現(xiàn)在采用一個(gè)RFSoC即可，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

　　再看8x8 2.6GHz射頻單元，也是中國(guó)移動(dòng)使用的方案，此設(shè)計(jì)更復(fù)雜，分立器件ADC和DAC數(shù)量比4x4多了一倍(8個(gè)ADC和8個(gè)DAC)，采用了RFSoC后無(wú)需分立的ADC和DAC，封裝尺寸縮小77%。

　　可見(jiàn)RFSoC的優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)化封裝尺寸，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，從而縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，從而對(duì)天線陣列進(jìn)行擴(kuò)展，例如64x64, 128x128等。

　　5G推到市場(chǎng)需要大規(guī)模的MIMO，包括64GHz以下及以上的厘米波和毫米波的應(yīng)用，RFSoC可以更好地應(yīng)用大規(guī)模的MIMO的無(wú)線技術(shù)。

　　從采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行射頻采樣的流程圖中可見(jiàn)(見(jiàn)下圖)，天線接收到的信號(hào)，進(jìn)入到濾波器，經(jīng)過(guò)放大過(guò)程，進(jìn)入混頻器，上端有一個(gè)振蕩器，進(jìn)行濾波和放大，最后到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。采用這種ADC的方法，或者基帶ADC對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)電路的處理，這個(gè)過(guò)程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)信號(hào)損失情況，還有非線性的雜質(zhì)也會(huì)滲透到這個(gè)過(guò)程當(dāng)中。而且由于采用40nm的老的工藝技術(shù)，功耗也較高。而且設(shè)計(jì)也非常復(fù)雜。

　　但RFSoC集成性提高，并采用了先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，使功耗和尺寸大大降低。

　　因?yàn)閭鹘y(tǒng)IF與零中頻是采用2x2,靈活性不夠;如果采用4x4，由于很多分立器件，靈活性也不夠。右上角的RFSoC由于不涉及前端處理，因此功耗可大大降低。

　　熱點(diǎn)問(wèn)答

　　*Xilinx此舉是否是向傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器廠商發(fā)起了挑戰(zhàn)?

　　不是。TI和ADI的產(chǎn)品面很廣，Xilinx是單一產(chǎn)品，只針對(duì)5G RF。

　　*如何推廣RFSoC?

　　全球6大5G/準(zhǔn)5G研發(fā)運(yùn)營(yíng)商中，5家在用Xilinx ultrascale/ultrascale+的產(chǎn)品，因此Xilinx有廣泛的用戶基礎(chǔ)，并且Xilinx了解5G/準(zhǔn)5G的研發(fā)痛點(diǎn)。

　　*RFSoC何時(shí)會(huì)推出?

　　今年晚些時(shí)候。

　　*遇到了哪些技術(shù)挑戰(zhàn)?

　　2010年開(kāi)始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的研發(fā)工作，2012年推出第一個(gè)產(chǎn)品，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整體式原封不動(dòng)的集成。所以最后的難點(diǎn)是怎樣實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并原封不動(dòng)地整體集成到器件當(dāng)中。

　　把高速模擬放在收發(fā)器中，其中非常寶貴的突破是怎樣減少噪音、隔離噪音。

　　點(diǎn)評(píng)：Xilinx的模擬夢(mèng)很奇幻

　　Xilinx等FPGA公司是非常善于跨界的，遠(yuǎn)的不說(shuō)，就論近幾年， 2012年在FPGA基礎(chǔ)上加入ARM處理器，推出Zynq系列SoC處理器;2015年又推出全可編程(All Programmable)理念，向多處理器和軟件進(jìn)軍，具體產(chǎn)品包括MPSoC和軟件定義的設(shè)計(jì)環(huán)境——SDx，以吸引嵌入式尤其是大量不懂FPGA和Xilinx處理器的軟件編程人員，預(yù)計(jì)5年用戶增長(zhǎng)5倍。這次面向5G，又加入了RF模擬。

　　誰(shuí)都能想，但要是能做出來(lái)，確實(shí)需要能耐。就拿這高速ADC/DAC來(lái)說(shuō)，RFSoC指標(biāo)達(dá)到了4、5GSPS。在分立器件中，能夠做到GSPS級(jí)別的公司也是鳳毛麟角，而且RFSoC還是4通道、8通道的，在16nm工藝下，和數(shù)字電路同在一個(gè)die(晶圓上的芯片)上。按照Xilinx的說(shuō)法，2010年才開(kāi)始招募這類(lèi)人才。這一切看著太神奇了!

　　筆者也理解Xilinx的說(shuō)法，Xilinx的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不會(huì)對(duì)一些老牌數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品帶來(lái)整體威脅，因?yàn)榫蛯?duì)著5G部署和大規(guī)模MIMO，是Niche market(利基市場(chǎng))。要是做廣譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，確實(shí)需要大量投入和長(zhǎng)期積累。估計(jì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器廠商也不是白給的，一定會(huì)奮力反擊。因此，從這個(gè)角度看，RFSoC也是讓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)活躍的催化劑。

　　筆者詢了一下RFSoC價(jià)位，發(fā)言人諱莫如深，稱(chēng)原則上是先給客戶展示一下如何大幅減少功耗，然后再談價(jià)格。筆者推測(cè)，從理論上，22nm芯片的性價(jià)比應(yīng)該是提高嘍，BOM(物料清單)應(yīng)該降低的。但就因?yàn)樘窳?，因此要以為用戶帶?lái)的價(jià)值來(lái)定價(jià)，即為用戶帶來(lái)多大價(jià)值，就定這個(gè)價(jià)兒!

　　讓我們?cè)诮衲晗掳肽晔媚恳源?，但愿RFSoC為5G模擬帶來(lái)一出好戲!