5G技术其修远兮光功耗和成本问题就够它喝一壶

2018-03-23 09:36

其它技术问题

不仅仅是基站需要解决功耗问题，当5G手机掉线后搜索信号时，会比它们在有效的服务区中更快耗尽电池电量。
“用户设备天线端需要完成很多工作，以便当你拿起来设备时就能直接使用，”美国国家仪器公司软件定义无线电部门高级产品营销经理Sarah Yost说。 “目前，业界还在努力研究如何为所有这些天线创建高效的波束模式。如果手机上有8到多达64路输入，波束模式的数量就会非常大。你可能有12个发送模式和12个接收模式，所有这些模式的幅度可能都互不相同。”

这使得使用当今的设备和方法测试5G芯片变得非常耗时。“今天，测试时间为毫秒级，”Yost说。“如果需要测试所有这些波束模式和更多能力，测试时间会延长2500倍之多。这些芯片的测试是必不可少的，只是现在您需要采用不同的测试方法，我们现在正在试验空中测试方法。”

图3 布里斯托大学和隆德大学研制的128天线大规模MIMO测试平台

这种方法的优点是它可以连续测试芯片，从而优化信号，但是在测试领域，这是一个新概念。“这种方案的优点是您可以将其升级为模块化平台，以便跟踪适应标准的变化，”Yost说。 “它使得平台成为真实网络的一部分，从而可以尽早让您在设计过程中实现拨打电话功能。”

该方法可以和某些外部系统级测试相结合，以加速测试和内置自检过程。

为变化做计划

目前的设计层面也不是太明朗。太多的未知因素使得芯片设计优化变得困难重重。因此，无论是在架构层面还是在结构布局方面，都需要增加灵活性，在可编程能力的逻辑层面也要灵活可变。

“人们在想，他们是否需要更大的控制系统，”NetSpeed Systems首席执行官Sundari Mitra说。 “这需要架构层面的根本性改变，需要更多的动态计算，这意味着这些设计的复杂程度会有所提高。你不能采用传统的系统架构，把它拼凑到5G系统中，因为5G需要异构计算，需要访问内存的不再只是单个处理器。”

从任何角度来看，5G本身就是一种颠覆性技术。但是，当它和自动驾驶技术等其它颠覆性技术结合使用时，未知因素会显著增加。

ArterisIP首席技术官Ty Garibay表示：“当一辆汽车进入自动驾驶模式后，将始终需要5G连接性。这些汽车每个小时就会产生数TB的数据。其中一些数据会在终端芯片处理，另外的数据则需要转发后在云端处理，5G将是转发数据的关键。挑战在于如何将不同类型的处理和I／O汇集在一起，对任何人来讲，这都是一个大难题。”

与前几代移动通信技术不同的是，5G的采用可能将是多代技术混合长期演变的过程。因此，虽然5G将会在不久的将来就会推出，但是实现城市之外的5G手机和基站覆盖可能需要长达数十年时间。事实上，这项技术是否具有普遍性目前也存在争议。

“如果你看看现在所谓的5G系统，它们只能算是原型机，”Achronix战略规划和业务发展高级总监Mike Fitton说。“这就是为什么他们都使用可编程逻辑的原因。标准在发生变化，一些不同的应用场景也在不断出现。所以你需要在ASIC中建立一些可编程性。3G和4G也是如此，这些技术的早期市场几乎完全基于FPGA，市场成熟之后，才被ASIC取代，以降低成本和功耗。5G同样如此，只是它需要更长时间。它的演进第一阶段将是UHF，然后是毫米波。所以，市场表现将是，在4G的汪洋大海中，5G刚开始作为孤岛出现，然后慢慢扩大势力范围。”

但是，5G什么时候爆发并不明确。Flex Logix公司首席执行官Geoff Tate表示，由于这种不确定性，业界对eFPGAs的兴趣大增。他表示：“随着5G的出现，人们对嵌入式FPGA的兴趣不断增加。基站存在功率限制。如果可以不使用SerDes，就可以节省大量的电力。功耗节约很重要，因为性能要求会越来越高。而且，5G需要部署更多的基站，现在是每半英里大概有一个基站，但是5G的部署密度会更大。一个大基站会跟着很多小基站，这将对功率提出更大的要求。”
这对于嵌入式可编程器件来说是一个好兆头，因为它们比ASIC灵活性更强，而且比分立式FPGA更小，功耗更低。

Achronix的Fitton指出，5G规范的下一个修订版，即修订版16会增加一些额外的功能。“你会发现这些新功能非常适合于物联网类型的应用，物联网需要超可靠的低延迟特性，5G会催生一些新的应用案例。”

技术演进

以更高的视角来看，从5G的最初发布，到该技术未来的迭代，5G生态系统有很多不断变化的组成部分。实际上，这就像管理一个随着时间不断变化的3D矩阵一样，矩阵中的各个部分处于研究、开发甚至定义的不同阶段。

“在5G中，您可以将模拟、数字和RF系统融合在一起，”ClioSoft市场营销副总裁Ranjit Adhikary说。“一旦你开始使用这项技术，一些bug会隐藏在IP中迁移，过了一段时间之后，就没有人能够搞明白为什么要做某件事。人们在不同的公司跳槽，大量的IP知识就逐渐消失不见了。”

Adhikary说随着5G技术的演进，IP的开发、优化和描述也会受到影响。“现在的5G没有太多第三方IP，但是我们必须确保一点，当新版本的5G技术发布时，在系统级层面来看，所有要素都要能够很好地被追踪到，包括脚本和流程在内。5G技术的演进将以有线调制解调器为起点，因为它的协议和规范变化非常快，以至于过了几个月之后就很难再追踪到它的变化。而且，全球范围内公司那么多，你必须跟踪正在使用的IP是为哪个版本开发的，是这家第三方IP的哪个版本。如果规范出了新版本，你怎么确保使用这个IP的所有人都能使用正确的IP呢？”

结论

多个市场和技术之间的不确定性正在相互交织，提出了更多关于未来将如何使用5G技术、5G什么时候商用、最终需要花费多少资金和其它资源的问题。

“所有这些市场都对续航、成本有额外的要求，未来在实现自动电气控制时，它们仍然会对系统设计和制造造成重大挑战，”联华电子的Liu说。

在这些技术的转变中，5G是其中一个重要难题，但是究竟有多难，何时能商用还有待继续观察。

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