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到底用建模还是原型设计来解决5G复杂性问题,看产业界大论战

EEFOCUS ·2018-08-02 22:05·与非网
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制定 5G 标准、选择技术路线只是问题的一方面,除此之外,降低延迟、开发5G应用仍有很长的路要走。

近日,媒体组织了一次讨论5G面临的挑战和进展情况的活动,与会专家包括Helic的总裁兼首席执行官Yorgos Koutsoyannopoulos、Achronix战略规划和业务开发高级主管Mike Fitton、美国国家仪器公司高级产品营销经理Sarah Yost和ANSYS产品管理总监Arvind Vel。


记者:5G所涉及的所有复杂性真的可以全部进行模拟和建模吗?

Vel:我们都知道可以对天线进行模拟。基本上,你只要遵循麦克斯韦方程,就能试图理解当电流流过一个电感时的行为。只要我们能以最有效的方式实质性地模拟天线,就可以解决任何电磁感应问题。现在唯一的瓶颈是计算时间,如果是一个64 x 64的天线阵列,就会面临数百万种不同的组合。你可以使用软件来确定哪些组合最重要,但是由于时间原因,不可能尝试去计算每一种组合。

Yost:我不认为模拟可以解决5G的复杂性问题。软件定义无线电的切入点在于 原型设计 。为了理解5G的复杂性,你要构建一个系统并对其进行原型设计。通过组合软件定义无线电,你可以获得灵活的无线电,使用一颗可以实时运算的 FPGA ,你不再需要内置完整网络的ASIC才可以开始测试。我们的实验室中有一个64元素的天线阵列,我们可以通过FPGA查看并测试不同的算法。当天线移动时,最佳的波束跟踪算法是什么?和前几代通信技术相比,原型设计为5G添加了一层窥探路径。在您必须把算法落实到IP或者半导体器件中之前,我们能够通过原型设计了解算法的执行情况。它使你有机会建立一个更复杂的网络,降低流片风险,缩短返工和重新设计的时间。

Vel:你提出了一个很好的观点,但如果你要做一些原型设计,你就会丧失掉大量的领先时间。我们更加相信虚拟原型设计的做法。只要你可以构建一个物理模型,并且能够虚拟地测试该模型,那么你就拥有了一个虚拟原型设计方案。几十年来,我们一直在IC仿真方面采用这种做法。

Yost:这取决于你尝试对哪一部分进行原型设计。如果只是天线本身,我们可以模拟最佳的波束模式设计方法。在28 GHz和39 GHz上我们没有足够好的模型。这时,相较于花费数年时间收集信道模型并通过软件进行信道模拟,原型设计确实提供了一种更快的方式。其实这两种方式根据不同的原因都很重要。

Fitton:模拟和原型设计在统一解决方案中都非常重要。你从在一个较低的层级上模拟起步,我看到很使用事物级模型-System C和TLM 2.0模型。为了了解清楚 芯片 是怎么工作的,虽然不需要时钟周期精确的模型,但也必须有事物精确的模型。现在,您的开发人员可以在没有把5G部署到FPGA或SoC上之前就开始为其编写代码。目前,每一个5G解决方案都基于FPGA,甚至在手机上也是如此,因为现在还没有现成的芯片。但是,即便有现成的芯片,你也希望能够强化某些具有关键灵活性的功能。每个人都会在方案中保留部分FPGA,以便他们可以修复bug并添加新功能。然后你把所有这些都结合在一起,以为下一代产品建模。我们通过这种方式发明了MCC(任务关键型通信)和URLLC(超可靠的低延迟通信),没有这些新方案,5G永远无法实现。

Koutsoyannopoulos:今天我们能够非常有效且非常准确地设计64-天线阵列。问题在于我们怎么从天线这个较低的层级再向上延伸一级,我们必须从系统的角度看问题。我们应该继续沿着这条道路 - 扩展我们的模型和模拟能力的方法论 - 考虑越来越多的影响。问题不在于天线的模型有多精确,因为它们本身已经非常准确了,问题在于系统使用这些天线时表现如何。我们肯定需要加快测试和原型周期。但是,原型设计和测试不应该作为设计周期的一部分。我们认为,通过使用工具,设计周期应该快速、有效,而测试周期应该在设计周期之后。现在,当我们将测试作为设计的一部分时,问题就出现了,我们最终把设计周期拉得非常长。

Yost:这取决于你怎么定义测试。我们不参与生产和制造,我们参与标准设计并提出算法。我们的可交付成果表现在知识产权或者专利上,而不是制造出来后需要进行测试的产品。设计原型的理论基础在于,不用构建芯片组就可以使用原型级的系统级视图了解所部署的应用。如何设计天线倒不是很重要,我们主要关注的是如何优化代码,以匹配在天线上实施的算法,或者在制作芯片之前选择好实际使用的波束模式,然后在真实环境中对其进行测试,以观察哪种算法的效果最好。

记者:我们已经在5G上进行过多次升级迭代。第一代实际上更像是4.5G,它的频段低于6 GHz,然后迭代到了下一代,最后是毫米波。这些都是不同的阶段。从升级迭代的角度,我们现在到了哪一步了?迭代的速度有多快?

Fitton:从部署和频谱的角度来看,这实际上取决于你在哪个国家和地区。现在每个人都声称他们的产品已经为5G做好了准备,这些声明都很激进。中国的5G主要面向物联网,他们在物联网领域领先于其他任何国家,韩国也很积极,但是离真正的部署还需要很长时间。目前有很多关于毫米波的讨论,但是使用模型才是真正根本性的变化。如果你想一想联网汽车,它们会影响从信号到整个系统层面的一切东西。它会创造大量的机会,还会影响就业进而产生政治影响。

Vel:5G不是那种观望性的超前技术。每个人都参与进来了,北美和中国是5G技术的最大投资者,欧洲排名第三。除非北美和中国都参与进来,欧洲是不会采用毫米波技术标准的。所有的主要参与者都需要和5G的新标准保持一致,如果这些人不合作,5G不可能成功。对所有公司而言,这并不是你死我活的竞争,所有人都有机会,最佳利益是合作制定5G标准并推动它的成功部署。

记者:这是一个完整生态系统的玩法,对吧?

Vel:对。这个生态系统包括从回程线路运营商到手机供应商,再到芯片和天线制造商。跨标准合作符合每个人的最佳利益,我认为,接下来三四年内,这种合作将如火如荼地展开。

Yost:我同意,推出过程将比较漫长。有些公司已经开始生产将在未来六个月到一年内上市的sub-6GHz的5G芯片。我们将在未来一到两年内看到大规模MIMO技术的采用和实现更高的密度。杀手级应用的出现可能需要更长的时间,而且更加困难,但是我们会继续取得进展。我采访过的一家供应商表示,继续对4G进行更多投资是没有意义的,他们希望把资源投入到5G上。即便在中国,目前也有6GHz的独立版本和非独立版本。中国希望采用独立标准,而不是这种半路标准。但是每个国家的情况都不同,有的地方可能比其他地方更快。由于存在多种原因,我们可能在未来10到20年内都不会实现联网汽车,一种坐在一个面板前就能区分是否是自动驾驶的汽车。

Koutsoyannopoulos:也许到2019年或2020年,我们就会有包括4GHz频段和28GHz频段的新款手机,这将是对LTE的升级。届时也会出现5G应用,支持更高带宽。这可以成为我们开始测试利用这种带宽的新型应用的垫脚石。也许从2020年到2023年,我们将会开始看到38-40GHz频段的应用,再接着可能就是60GHz以上,我们将更清楚地理解大部分和汽车相关的应用和生态系统。不过,作为一个生态系统,我们尚未解决的最大问题,同时也是对标准和新型应用非常关键的问题在于延迟。现在,我们只对视频会议等几个应用的延迟问题很敏感,但是和5G的潜在应用相比,这些应用的数量是微不足道的。

Fitton:我完全同意这种说法。这也是为什么第二波应用需要更长时间的原因所在。我们已经把延迟从1毫秒降到了0.2毫秒,但是我们需要走得更远。

Yost:如果你看一下波束从A点到B点再折返回来的物理特性,0.1毫秒就意味着100公里以上。为了降低延迟,你必须降低A点和B点之间的距离,因此我们现在必须部署大量的宏单元和小单元,并使用基础设施将它们形成完整的系统。

Fitton:是的,单元密度更高,单元之间的距离更短。然后你需要把处理能力向边缘节点转移。对于自动驾驶或者其它应用来说,处理最好能够在网络边缘完成。要使能这些5G应用,你必须进行一些边缘计算,所以现在的发热限制更加严苛。每个人都在使用精确浮点运算运行机器学习应用,但是如果由于功耗耗的限制无法这么做了,你怎么在边缘节点上同时考虑功耗和运算速度实现这种应用,而不是仅考虑运算速度?

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