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[导读]FPGA近来有点火!什么机器学习啦、云计算啦、类脑芯片啦,频频闪现FPGA的身影,据说是单靠CPU和GPU越来越搞不定这些业务了。另一方面,FPGA以它强大的集成能力,不断博采众长,正将自己打造成各个专用高性能应用领域的

FPGA近来有点火!

什么机器学习啦、云计算啦、类脑芯片啦,频频闪现FPGA的身影,据说是单靠CPU和GPU越来越搞不定这些业务了。

另一方面,FPGA以它强大的集成能力,不断博采众长,正将自己打造成各个专用高性能应用领域的快攻手。

时下,5G无线、有线Remote-PHY是行业应用的热点。其中,在5G通信中,从前传到回程,都对现有解决方案提出了严苛挑战,例如:大规模MIMO天线陈列对低功耗和小封装尺寸的要求,基带和无线回程要求最大限度提升系统吞吐量;在有线接入应用中,DOCSIS 3.1标准下,用户希望实现10倍的吞吐量提升,而现有处理系统的容量已远远不够。重要的是, 5G 标准尚未稳定,用户需求千变万化……

这时,高度集成且可重配置的FPGA适时登场了!

 

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说它是FPGA,还不确切,这是一款融ADC/DAC、ARM、FPGA于一体的一款单芯片全可编程RFSoC——Zynq UltraScale+ RFSoC,由赛灵思公司独家打造。

早在今年2月份,赛灵思曾向外界透露这款产品的创新架构,在单芯片的SoC上把数字和模拟集成在一起的颠覆性突破令业界翘首以盼。如今,这款产品终于发货了,赛灵思通信业务主管总监Gilles Garcia详细介绍了它的技术细节及应用市场。

 

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单芯片RF-Analog集成,可将功耗和封装尺寸减少50-75%

Gilles Garcia解释说,传统的RF模拟设计,一般采用一个片上系统,再加上很多外部ADC/DAC,用户以此为基础做功能设计。这样做的一个坏处是功耗高,设计复杂。Zynq UltraScale+ RFSoC最多可将16x16个电信级射频采样ADC和DAC与可编程逻辑和ARM多处理子系统紧密集成在一起。由于无须分立ADC和DAC器件,系统的功耗和封装尺寸可减少多达50-75%,设计复杂度也大大降低。

 

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软判决正向纠错(SD-FEC)支持5G访问/回程和DOCSIS 3.1

正向纠错对 RF 信号链和所有通信都至关重要,这种DSP技术能解决铜缆、光纤或空中接口等不同介质的数据传输信号受损问题(诸如信号衰减、失真等)。由于下一代无线和有线宽带对吞吐量提出了很高的要求,因此5G访问/回程和DOCSIS 3.1标准需要计算强度更高的FEC编码方案(即低密度奇偶校验 (LDPC) 编码),以尽可能提高 RF 传输的频谱效率。

 

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Gilles Garcia介绍说,赛灵思推出FEC IP已经有20年了,在这一领域有丰富的经验积累。此次,在Zynq UltraScale+ RFSoC中集成SD-FEC模块,相比软核实现的方法,系统的吞吐量可以提升10-20倍。

完整的RF信号链集成及优化

Zynq UltraScale+ RFSoC不仅实现了完整的RF信号链集成,而且进行了优化。从直接 RF 转换和信号调节到FPGA逻辑加速和差异化乃至信号损坏修复,一颗Zynq UltraScale+ RFSoC就能搞定。同时,RFSoC紧密集成于ARM处理器子系统,能为模拟、数字和嵌入式设计提供统一平台,从而简化了信号链上的校准和同步操作。

 

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面向5G无线、Remote-PHY有线接入、测试测量等应用

UltraScale+ RFSoC凭借着高度的集成度、对软判决正向纠错(SD-FEC)的支持,以及完整优化的RF信号链,可以很好地解决5G无线、Remote-PHY有线接入等市场的技术挑战。

5G 新无线电(New Radio)的远端射频单元设计与实现是赛灵思RFSoC的最佳应用之一。Massive MIMO收发器需要大规模天线阵列,借助Zynq UltraScale+可避免使用大量的大型分立组件,这是一项突破性进展。

基带是无线接入网中计算强度最大的单元之一,对吞吐量和功效的要求非常高,Zynq UltraScale+ RFSoC正好可以解决基带应用中的这一痛点,不光要提高吞吐量,Zynq UltraScale+ RFSoC的SD-FEC灵活性可支持 5G 最新3GPP版中指定的LDPC编码方案,帮助厂商实现差异化设计。

DOCSIS 3.1有线接入是Zynq UltraScale+ RFSoC的另一个理想应用市场,在DOCSIS3.1情形下,客户希望实现10倍的吞吐量,这个需求远远超过了集中式的处理系统的容量。为了实现这一目标,标准组织提出了一个新的分布式的接入架构。这种架构把部分功能移植到Remote-PHY节点来进行,即网络中实现深入光纤和在Remote-PHY中实现复杂的信号处理,实现从中央到分布式的架构演变,Zynq UltraScale+RFSoC完全适配于这种分布式架构的Remote-PHY。

除了5G无线和Remote-PHY有线接入市场,RFSoC还可以用于固定无线接入(5G初期的部署)、测试测量、卫星通讯,X光和全身扫描仪等领域。

 

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最后,Gilles Garcia先生强调,赛灵思RFSoC是非常全面的一个解决方案,不仅提供高度集成的芯片,还提供非常全面的工具包:包括VIVADO、IP库、SDx等,完整的IP库包括:DOCSIS3.1,5G新基站、FEC编解码、3GPP基带调制解调等。另外为了加速客户开发,赛灵思还建立了RFSoC评估平台,帮助用户加速开发周期以及上市盈利的时间。

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