動(dòng)態(tài)矢量線程可在固定無(wú)線接入、vRAN和大規(guī)模MIMO波束成形等方面實(shí)現(xiàn)高效率

現(xiàn)在，我們已經(jīng)開始適應(yīng)5G，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商已計(jì)劃采用 5G-Advanced的3GPP標(biāo)準(zhǔn)第18版。這一新版本支持眾多功能，如擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、厘米級(jí)定位精度和微秒級(jí)室外和室內(nèi)定時(shí)精度，將引發(fā)RAN基礎(chǔ)設(shè)施中計(jì)算需求爆炸式增長(zhǎng)。

考慮為消費(fèi)者和企業(yè)提供固定無(wú)線接入。通過大規(guī)模 MIMO RRU應(yīng)用波束成形技術(shù)，必須管理繁重又不斷變化的流量，而UE則必須支持運(yùn)營(yíng)商聚合。兩者都需要更大通道容量。解決方案則必須更環(huán)保，保證高性能和低延遲，更有效地管理可變負(fù)載，更經(jīng)濟(jì)高效地支持大規(guī)模部署。

基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備制造商希望將基于DSP的ASIC硬件的所有功耗、性能和單位成本優(yōu)勢(shì)，以及所有這些硬件的附加功能集成到一個(gè)更加高效的包中。

虛擬RAN和矢量處理

虛擬化RAN(vRAN)組件能夠在一個(gè)計(jì)算平臺(tái)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)鏈路，踐行更高效承諾。這些系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)十年的C-RAN目標(biāo)，即保障規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，使供應(yīng)商更具靈活性，以及通過軟件集中管理多鏈路和擁堵流量。我們知道如何在大型通用CPU上虛擬化作業(yè)，因此滿足這種需求的解決方案似乎是不言自明的。這些平臺(tái)也有缺點(diǎn)，即在無(wú)線技術(shù)核心進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，價(jià)格高昂、能耗過高且效率低下。

嵌入式DSP搭配大矢量處理器，專為滿足信號(hào)處理任務(wù)（如波束成形）的速度和低功耗而設(shè)計(jì)，但過去不支持在多個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)工作負(fù)載共享。擴(kuò)大容量需要添加更多內(nèi)核，有時(shí)需要添加較大的內(nèi)核集群，或者最好通過預(yù)設(shè)的內(nèi)核分區(qū)以靜態(tài)形式共享。

▲動(dòng)態(tài)矢量線程

矢量處理一直處于瓶頸，因?yàn)?strong>矢量計(jì)算單元(VCU)占用矢量DSP中的大部分區(qū)域。盡可能高效地使用該資源對(duì)于實(shí)現(xiàn)虛擬化RAN容量最大化至關(guān)重要。將內(nèi)核數(shù)量加倍以處理兩個(gè)通道的默認(rèn)方法要求每個(gè)通道使用單獨(dú) VCU。

但在任何情況下，一個(gè)通道中的軟件都可能需要矢量算術(shù)運(yùn)算的支持，而另一個(gè)通道可能正在運(yùn)行標(biāo)量操作；在這兩個(gè)周期中，其中一個(gè)VCU處于空閑狀態(tài)。換個(gè)思路，假設(shè)一個(gè)VCU同時(shí)為兩個(gè)通道提供服務(wù)，并使用兩種矢量算術(shù)運(yùn)算和矢量寄存器文件。

仲裁器可根據(jù)通道需求動(dòng)態(tài)決定如何以最佳方式使用這些資源。如果兩個(gè)通道在同一周期中都需要矢量算法，則這些通道將被定向至相應(yīng)的矢量ALU和矢量寄存器文件。如果只有一個(gè)通道需要矢量支持，則可以跨兩個(gè)矢量單位進(jìn)行條帶化計(jì)算，加速計(jì)算過程。這種在兩個(gè)獨(dú)立任務(wù)之間管理矢量操作的方法與執(zhí)行線程非常相似，最大程度地利用固定計(jì)算資源同時(shí)處理一個(gè)或多個(gè)任務(wù)。

此技術(shù)便是動(dòng)態(tài)矢量線程(DVT)，會(huì)將每個(gè)周期的矢量操作分配給一個(gè)或兩個(gè)高速算術(shù)單元（在此示例中）。您可以試想，將這一概念擴(kuò)展到更多線程中，甚至可以進(jìn)一步優(yōu)化可變通道負(fù)載中的VCU利用率，因?yàn)楠?dú)立線程中的矢量操作通常不同步。

支持DVT需要對(duì)傳統(tǒng)矢量處理進(jìn)行多個(gè)擴(kuò)展。操作必須由廣泛的矢量算術(shù)單元執(zhí)行，才能允許每個(gè)周期進(jìn)行 128次或更多MAC操作。VCU還必須為每個(gè)線程提供矢量寄存器文件，才能單獨(dú)存儲(chǔ)各線程的矢量寄存器內(nèi)容。矢量仲裁單元通過線程之間的競(jìng)爭(zhēng)有效地安排矢量操作。

此功能如何支持虛擬化RAN？在絕對(duì)峰值負(fù)載下，此類平臺(tái)上的信號(hào)處理要求將會(huì)繼續(xù)得到如期的滿足，因?yàn)樗鼈兾挥陔p核DSP上（每個(gè)都具有單獨(dú)的VCU）。

當(dāng)一個(gè)信道需要矢量算術(shù)運(yùn)算，而另一個(gè)信道在標(biāo)量處理中處于靜止?fàn)顟B(tài)或被占用時(shí)，第一個(gè)信道通過使用全向量容量可以更快地完成矢量循環(huán)。與兩個(gè)DSP內(nèi)核相比，這樣占用的空間更小，提供的平均吞吐量更高。

更高的波束成形和固定無(wú)線接入效率

另一個(gè)關(guān)于DVT如何在基帶處理中支持更高效率的示例可在5G-Advanced RRU中了解。

這些設(shè)備必須支持大規(guī)模MIMO處理以促進(jìn)波束成形。大型MIMO RRU預(yù)計(jì)將支持多達(dá)128個(gè)有源天線單元，包括對(duì)多用戶和運(yùn)營(yíng)商提供支持。這意味著無(wú)線電設(shè)備具有大量計(jì)算要求，并在使用DVT時(shí)效率更高。在支持固定無(wú)線接入的 UE、終端和CPE中，運(yùn)營(yíng)商聚合還可受益于DVT。DVT對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)施和UE終端都大有裨益。

虛擬化RAN需要具有動(dòng)態(tài)矢量線程的DSP

盡管人們傾向?qū)⒋笮屯ㄓ锰幚砥饕暈闈M足這些虛擬化需求的正解，但在信號(hào)處理路徑中，這樣的做法代表著倒退。我們不能忘記，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備制造商有充分的理由改用帶有嵌入式DSP的ASIC。處理器價(jià)格昂貴、耗電且無(wú)法正確處理信號(hào)。富有競(jìng)爭(zhēng)力的固定無(wú)線接入解決方案需要繼續(xù)利用基于ASIC的DSP的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還需要利用對(duì)動(dòng)態(tài)矢量線程的支持。

如果您想了解更多信息，請(qǐng)?jiān)?a href="http://wenjunhu.com/tags/ceva/" target="_blank">CEVA聯(lián)系我們。多年來(lái)，我們一直與基礎(chǔ)設(shè)施硬件領(lǐng)域的眾多知名公司合作，其中許多公司是我們無(wú)線產(chǎn)品的活躍客戶。他們引導(dǎo)我們實(shí)現(xiàn)這一愿景，并幫助我們檢驗(yàn)我們的XC-20系列架構(gòu)和預(yù)發(fā)布產(chǎn)品。

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本文作者：Nir Shapira, Business Development Director, CEVA