集成多種功能，RFSoC支持6 GHz以下頻段的定義考量

       Integrating multiple functions, the definition considerations of RFSoC supports in bands below 6 GHz

　　作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

　　摘要：面向5G，繼2017年推出第一代RFSoC后，Xilinx于2019年2月又推出了第二代和第三代產(chǎn)品。本文介紹了二、三代產(chǎn)品的產(chǎn)品定義考慮，及未來第四代的規(guī)劃。
　　關(guān)鍵詞：RF；SoC；宏站；ADC；時鐘

　　新的第二和三代產(chǎn)品（賽靈思）的Zynq ? UltraScale+? 射頻（RF）片上系統(tǒng)（SoC）是把RF元素嫁接進里 ,所以叫RFSoC。2017年已經(jīng)推出了第一代產(chǎn)品，2019年2月又推出了第二代和第三代產(chǎn)品。
　　1 RFSoC新的第二和第三代產(chǎn)品

       具有更高射頻性能及更強可擴展能力，可支持6 GHz以下所有頻段，從而滿足新一代5G 部署的關(guān)鍵需求。同時，還可支持針對采樣率高達的14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和10 GS/S的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）進行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達 6GHz。
　　產(chǎn)品系列是單芯片自適應射頻平臺。該產(chǎn)品系列現(xiàn)在包括：（第二代）：這款現(xiàn)已開始提供樣片并計劃于 2019 年 6 月投入量產(chǎn)，不僅符合亞洲地區(qū)5G部署的時間規(guī)劃，而且還支持最新射頻技術(shù)。
　　（ 第三代）：與基礎(chǔ)產(chǎn)品系列相比，可在 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)中對 6GHz以下頻段的直接 RF 采樣提供全面支持、擴展的毫米波接口，并將功耗降低達 20%。該產(chǎn)品將于 2019 年下半年上市。
　　新產(chǎn)品單芯片集成更高性能的 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，可為部署 5G 無線通信系統(tǒng)、有線電視接入、高級相控陣雷達解決方案，以及包括測量測試和衛(wèi)星通信在內(nèi)的其它應用，提供所需的廣泛頻段覆蓋范圍。通過取代分立式組件，這些器件可將功耗及封裝尺寸降低 50%，是電信運營商部署5G 系統(tǒng)、實現(xiàn)大規(guī)模多輸入多輸出基站的理想選擇。
　　2 熱門問答

       賽靈思通信業(yè)務主管總監(jiān)Gilles Garcia與大中華區(qū)的高級總監(jiān)周海天先生回答了《電子產(chǎn)品世界》等媒體的提問。
　　市場2019年，哪幾個國家會推出5G？除了中國，韓國發(fā)展很快，日本是2020年展開，因為日本東京奧運會在2020年，但比韓國還是慢了一步，還有一個國家是澳大利亞。基本上，2020年歐洲、美國/北美洲都會開始5G布署。5G剛剛開始，未來整個過程需要三到五年，主要原因是5G和4G、3G有很大差異，5G不單單是在通信基礎(chǔ)設(shè)施方面，還需要手機等終端技術(shù)設(shè)備的配合。此外，5G還會應用到很多其他層面，包括汽車、工業(yè)等等。實際上，5G的應用非常廣泛。
　　2.2 與分立的ADC/DAC的關(guān)系

       一些模擬公司也推出了6 GHz以下的模擬產(chǎn)品，的應用和它們的沖突嗎？實際上，賽靈思在推出RFSoC芯片以前，很多客戶部署FPGA加上外置的DAC、ADC的芯片。賽靈思發(fā)現(xiàn)很多一級的用戶需要繼續(xù)提高集成水平，這樣能減少功耗，同時也能減少設(shè)計占用的面積，這樣的客戶就會選擇賽靈思的單芯片。
　　另外在RFSoC的路線圖里，主要服務8個傳輸、8個接收，以及16個傳輸、16個接收。但除此之外，還有比較低的配置，比如2×2的這種2個傳輸、2個接收，這樣，賽靈思FPGA可以和其他模擬公司伙伴提供低端產(chǎn)品。因此，通過和模擬公司合作，使得賽靈思給客戶提供的選擇能夠覆蓋從低端到高端的所有選項。
　　那么，RFSoC適合大規(guī)模的MIMO在宏站應用上比較多，但是在5G時代，除了宏站之外，市場對一些（小型基站）也會有需求，針對小型化有比較好的方案？實際上，現(xiàn)在有兩個非常明確的應用趨勢，室內(nèi)和室外。室內(nèi)主要是2×2的，最多是4×4的，在這種情況下，用賽靈思的FPGA再加上外置的DAC、ADC。室外的主要是8×8的配置要求，在這樣的情況下，的第一代和第二代產(chǎn)品就能夠非常好地滿足需求。
　　那 么 ， 像 以 前 傳 統(tǒng) 的中頻（IF）處理，或者包括這種協(xié)議會不會逐漸被直接RF采樣所取代？實際上，確實直接采樣的接受度目前還是非常高的，因為這能夠大大降低復雜程度。
　　但是還有小部分客戶有一些自己的想法，他們希望能夠?qū)崿F(xiàn)差異化，所以他們還是希望自己做外部的數(shù)字處理，也就是自己在FPGA外置ADC。
　　因此，JESD這類協(xié)議標準或者是IF是不會消失的。
　　還有一些小的配置，比如2×2、4×4，服務于一些或者是不同的國家，他們不需要大規(guī)模的天線，F(xiàn)PGA加上ADC對于他們來說就是足夠好的部署，所以在這種情況下，還是需要JESD204的標準，而且在賽靈思的IP中也是包含的。
　　2.3 三代產(chǎn)品的定位

       第一代產(chǎn)品在全球的銷售如何？實際上，根據(jù)賽靈思財報，此前RFSoC的營收增長了3倍，主要的驅(qū)動力在于韓國早期5G的部署，中國pre-5G的部署，以及在北美關(guān)于5G實驗的一些部署，但是RFSoC營收并不是全部來源于5G。
　　這次同時推出了兩代產(chǎn)品，這是比較少見的，是否意味著將來第三代產(chǎn)品是一個主流，因為它全覆蓋，能夠用于5G這個頻段？實際上，賽靈思第一代產(chǎn)品主要服務于pre-5G或者是5G早期的一些部署，針對的是4GHz的帶寬。但是現(xiàn)在有新的頻段得到了分配，尤其是在中國和日本，主要是4 GHz到5 GHz的，所以賽靈思推出了第二代產(chǎn)品，希望能夠非常及時地給這些運營商提供合適的產(chǎn)品。3GPP還在不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)要演化到6GHz，這時候第三代產(chǎn)品芯片就是最合適的。
　　所以如果客戶要在2021年部署系統(tǒng)，那么第三代產(chǎn)品是最合適的，能夠幫助客戶滿足到時候所需要的一系列應用。
　　另外，全球很多國家在頻段分配上的情況是不一樣的，可能有一些并不需要4 GHz或者是5 GHz這樣的帶寬水平，所以可以根據(jù)各個國家的情況選擇第一到第三代產(chǎn)品。例如如果有一個國家只需要4 GHz帶寬，其實第一代芯片就可以滿足需求。

　　那么，第二代、第三代除了頻率會有提升，還有哪些性能提升？實際上，除了性能方面，第二代是針對，第三代是能滿足6 GHz方面的區(qū)別。還有一個重要的點是第三代芯片集成了時鐘系統(tǒng)。另外，第三代還可以使得DAC、ADC的功能減少20%的功耗，所以它在功耗上也有提升。另外還增加一些新的功能選項，比如插值和抽取，主要是針對毫米波的頻率規(guī)劃方面。
　　這三代產(chǎn)品誰的市場容量更大一些？實際上，這主要涉及客戶的系統(tǒng)設(shè)計的時間。一般客戶設(shè)計需要一年的時間才能夠完成設(shè)計、測試、試驗和系統(tǒng)進行生產(chǎn)，如果客戶瞄準的頻段是4~5 GHz，例如中國市場上，如果2020年、2021年要部署，現(xiàn)在就要開始進行這樣的開發(fā)，就會選擇第二代產(chǎn)品。如果有的客戶尋求的是4GHz以下的系統(tǒng)平臺，可能在兩年前就已開發(fā)，采用的已經(jīng)是第一代產(chǎn)品，預計這些客戶會繼續(xù)部署、開發(fā)。
　　功耗、占板面積等的節(jié)約情況如何？其實第一代產(chǎn)品已有很大的突破，它和外置的DACADC相比功耗降低50%，占板面積減少75%。第二代產(chǎn)品也有這方面特征。第三代在功耗方面在具體的TDD應用中會降低20%，另外還有一些簡化外部時鐘設(shè)計的提升（注：主要通過時鐘集成來達到），在占板面積降低方面有約5%~10%的改進，但是更多的是在成本和復雜性等方面的改善。
　　2.5 下一代產(chǎn)品的規(guī)劃

       為什么在第四代產(chǎn)品規(guī)劃中才考慮在RFSoC中加入AI引擎？實際上，在2018年10月，賽靈思CEO在賽靈思開發(fā)者大會（XDF）上曾提到了未來的AI平臺產(chǎn)品。這是一個7 nm集成的平臺，里面會有AI引擎（如圖2）。之所以在第四代才有，這是一個市場需求的問題，賽靈思會根據(jù)市場的需求和時間表、路線圖來做7nm產(chǎn)品，此時7 nm級的RFSoC就會有AI引擎。
　　具體提到AI引擎，首先賽靈思現(xiàn)在已有一些AI的IP能力，但是這種AI能力和7 nm的AI引擎不同：現(xiàn)有的AI的IP能力，也就是16 nm級的，可以支持機器學習等AI的IP；未來的7 nm級的AI引擎，是可以支持深度的無線算法和計算算法的AI引擎。
　　那么，第一代RFSoC是基于16 nm的設(shè)計，新出的兩代產(chǎn)品也是基于這個設(shè)計嗎？實際上，從第一代到第二、三代都是以16 nm為基礎(chǔ)的。但是第四代會集成到7 nm的Versal平臺(注：是賽靈思的首款ACAP平臺)。
　　賽靈思的原則是根據(jù)市場和客戶的需求采用最為合理的技術(shù)來滿足市場當時的需求。對于第二代和第三代，最為合理的選擇就是采用16nm的產(chǎn)品組合，這樣可實現(xiàn)引腳和軟件的兼容，同時能夠兼顧客戶的易用程度。第四代是為了滿足AI引擎技術(shù)架構(gòu)和新的性能，因此需要使用7 nm技術(shù)。

本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第4期第21頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處