動態(tài)矢量線程可在固定無線接入、vRAN和大規(guī)模MIMO波束成形等方面實現(xiàn)高效率

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

考慮為消費者和企業(yè)提供固定無線接入。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則必須支持運營商聚合。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載，更經(jīng)濟高效地支持大規(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，以及所有這些硬件的附加功能集成到一個更加高效的包中。

虛擬RAN和矢量處理

虛擬化RAN(vRAN)組件能夠在一個計算平臺上同時運行多個鏈路，踐行更高效承諾。這些系統(tǒng)旨在實現(xiàn)長達十年的C-RAN目標(biāo)，即保障規(guī)模經(jīng)濟性，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。這些平臺也有缺點，即在無線技術(shù)核心進行信號處理時，價格高昂、能耗過高且效率低下。

嵌入式DSP搭配大矢量處理器，專為滿足信號處理任務(wù)（如波束成形）的速度和低功耗而設(shè)計，但過去不支持在多個任務(wù)之間進行動態(tài)工作負載共享。擴大容量需要添加更多內(nèi)核，有時需要添加較大的內(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。

▲動態(tài)矢量線程

矢量處理一直處于瓶頸，因為矢量計算單元(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于實現(xiàn)虛擬化RAN容量最大化至關(guān)重要。將內(nèi)核數(shù)量加倍以處理兩個通道的默認方法要求每個通道使用單獨 VCU。

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

仲裁器可根據(jù)通道需求動態(tài)決定如何以最佳方式使用這些資源。如果兩個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。如果只有一個通道需要矢量支持，則可以跨兩個矢量單位進行條帶化計算，加速計算過程。這種在兩個獨立任務(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算資源同時處理一個或多個任務(wù)。

此技術(shù)便是動態(tài)矢量線程(DVT)，會將每個周期的矢量操作分配給一個或兩個高速算術(shù)單元（在此示例中）。您可以試想，將這一概念擴展到更多線程中，甚至可以進一步優(yōu)化可變通道負載中的VCU利用率，因為獨立線程中的矢量操作通常不同步。

支持DVT需要對傳統(tǒng)矢量處理進行多個擴展。操作必須由廣泛的矢量算術(shù)單元執(zhí)行，才能允許每個周期進行 128次或更多MAC操作。VCU還必須為每個線程提供矢量寄存器文件，才能單獨存儲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爭有效地安排矢量操作。

此功能如何支持虛擬化RAN？在絕對峰值負載下，此類平臺上的信號處理要求將會繼續(xù)得到如期的滿足，因為它們位于雙核DSP上（每個都具有單獨的VCU）。

當(dāng)一個信道需要矢量算術(shù)運算，而另一個信道在標(biāo)量處理中處于靜止?fàn)顟B(tài)或被占用時，第一個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線接入效率

另一個關(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處理以促進波束成形。大型MIMO RRU預(yù)計將支持多達128個有源天線單元，包括對多用戶和運營商提供支持。這意味著無線電設(shè)備具有大量計算要求，并在使用DVT時效率更高。在支持固定無線接入的 UE、終端和CPE中，運營商聚合還可受益于DVT。DVT對蜂窩網(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。處理器價格昂貴、耗電且無法正確處理信號。富有競爭力的固定無線接入解決方案需要繼續(xù)利用基于ASIC的DSP的優(yōu)勢，同時還需要利用對動態(tài)矢量線程的支持。

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