2018年6月，O-RAN聯(lián)盟正式成立,，由中國(guó)移動(dòng),、美國(guó)AT&T、德國(guó)電信,、日本NTT DOCOMO,、法國(guó)O-RANge等12家運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合發(fā)起，目前已擴(kuò)展至60多家,，“開放”和“智能”是其兩大核心愿景,。ABI Research的報(bào)告顯示，Open-RAN未來的市場(chǎng)份額有望從2021年的不到10%快速升至2025年的30%,，而在2030年,，這一比例將增加至60%。

圖1：2021-2030年傳統(tǒng)RAN與OPEN-RAN市場(chǎng)比例

O-RAN技術(shù)趨勢(shì)

在知乎上一篇名為《一文帶你看懂O-RAN前生今世》的文章中,，作者是這樣介紹O-RAN聯(lián)盟三大關(guān)鍵原則的：第一個(gè)原則,，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的演進(jìn)方向，主要策略包括開放接口,，可支持異廠家設(shè)備的互操作,；通過虛擬化方式構(gòu)建無線接入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的智能無線網(wǎng)絡(luò),。第二個(gè)原則,，積極并充分利用通用平臺(tái)，減少對(duì)私有平臺(tái)的依賴,。第三個(gè)原則,，制定,、推進(jìn)接口及相關(guān)API標(biāo)準(zhǔn)化定義，探索開源解決方案,。

如果用通俗的語言解釋一下這三個(gè)規(guī)則,，那么O-RAN正在推動(dòng)以下四個(gè)方向的變化：網(wǎng)絡(luò)智能化、接口開放化,、硬件通用化和軟件開源化,。相當(dāng)于原來是黑盒子的硬件，現(xiàn)在全部轉(zhuǎn)變成為通用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,，其中的軟件代碼也變?yōu)殚_源,。

而O-RAN之所以能夠成在今天為行業(yè)熱點(diǎn)，行業(yè)專家認(rèn)為除了O-RAN的愿景符合技術(shù)發(fā)展的基本規(guī)律以外,，同時(shí)還有兩個(gè)很重要的原因：

• 技術(shù)發(fā)展逐漸成熟：由于IT以及CT核心網(wǎng)多年的技術(shù)積累,，很多能夠幫助實(shí)現(xiàn)O-RAN的技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。比如通用硬件能力,、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化,、白盒產(chǎn)業(yè)化以及通用設(shè)計(jì),、網(wǎng)絡(luò)管理的智能化等等,。

• 新型商業(yè)模式需求驅(qū)動(dòng)：運(yùn)營(yíng)商對(duì)于去“管道化”的需求越來越迫切，對(duì)于新型商業(yè)模式越來越渴望,。加之5G需要支持靈活多樣的用例,，對(duì)CAPEX/OPEX壓力陡增，從而促使O-RAN的發(fā)展逐步進(jìn)入快車道,。

圖2是一張典型的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖,，左邊是包含遠(yuǎn)端射頻單元(RU)的信號(hào)塔，中間是構(gòu)建在分布式單元(DU)/基帶單元(BBU)之上的邊緣云,，右側(cè)則是由邊緣/核心路由器,、集中處理單元(CU)組成的核心網(wǎng)。

圖2：T1電信加速器卡在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的位置

按照賽靈思有線與無線事業(yè)部高級(jí)總監(jiān)Gilles Garcia給出的解釋,，傳統(tǒng)4G LTE模式下,，OEM廠商會(huì)為無線部署創(chuàng)建專有設(shè)備，包括通過硬件基礎(chǔ)設(shè)施連接到無線射頻,。但考慮到“供應(yīng)商鎖定”導(dǎo)致缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,，運(yùn)營(yíng)商難以在VR、游戲,、汽車等應(yīng)用中部署軟件服務(wù),，現(xiàn)在的5G運(yùn)營(yíng)商正試圖擺脫這種模式，希望能夠引入更多的競(jìng)爭(zhēng)和創(chuàng)新,，可以選擇不同的供應(yīng)商來提供BBU,、DU,、CU和無線射頻。而Open-RAN模型,，也就是以標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器形式實(shí)現(xiàn)的虛擬BBU的出現(xiàn),，為改變這一現(xiàn)狀提供了可能。

賽靈思有線與無線事業(yè)部高級(jí)總監(jiān)Gilles Garcia

“與我們10年前看到的'開放式計(jì)算’類似,，虛擬基帶單元可以幫助運(yùn)營(yíng)商利用開放接口實(shí)現(xiàn)多供應(yīng)商的兼容性,，新參與者可以推動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)和創(chuàng)新，軟件服務(wù)現(xiàn)在可以一直部署到邊緣,?！盙illes Garcia對(duì)《電子工程專輯》記者表示，Open-RAN對(duì)于5G部署來說是非常完美的應(yīng)用,，以中國(guó)移動(dòng)為例,，他們其實(shí)早在3年前就對(duì)Open-RAN方案展現(xiàn)出了濃厚的興趣，希望能夠使用Open-RAN方案來實(shí)現(xiàn)從LTE到5G的過渡,，尤其是在毫米波頻段,。

而從賽靈思的角度來看，2019年及以前,，大多數(shù)賽靈思5G客戶需求都來自于傳統(tǒng)的OEM廠商,，但從2020年起，需求急劇轉(zhuǎn)向Open-RAN和虛擬化架構(gòu),，包括開放式遠(yuǎn)端射頻單元(O-RU)和開放式分布式單元(O-DU),。

什么是5G虛擬化？

傳統(tǒng)的基帶單元是以硬件為基礎(chǔ)的平臺(tái),，內(nèi)部包括三大類芯片：通用處理器,，用于L2/L3協(xié)議層處理，主要使用x86/Arm架構(gòu),；前傳FPGA,，用于終結(jié)往返于無線電單元的CPRI流量，使用包括Kintex或Zynq在內(nèi)的中型FPGA器件,；L1基帶ASIC或FPGA,，實(shí)現(xiàn)LoPHY 和HiPHY功能，使用的芯片中首先部署的是FPGA,，然后是第2代ASIC芯片,。 

但在賽靈思最新推出的TI電信加速卡中，他們的做法是由Zynq UltraScale 和2個(gè)用于無線電上行線路的SSP28機(jī)架來完成前傳的終結(jié),，再用Zynq RFSoC做L1后備加速,，實(shí)現(xiàn)低功耗下的高吞吐量FEC，最后將整張卡做成PCIe外形、FHHL(全高半長(zhǎng)),、75瓦卡(如圖3),，并兼容NEBS。此外,，對(duì)于O-RAN前傳終端,，該板卡能通過其50Gbps的光學(xué)端口以100MHz OBW處理5G NR 4TRX的多個(gè)扇區(qū)。

賽靈思TI電信加速卡

這樣做的好處在于芯片仍然是相同的芯片,，但遷移進(jìn)了符合O-RAN標(biāo)準(zhǔn)的PCIe卡中,，使T1成為目前業(yè)界唯一一款既能運(yùn)行O-RAN前傳協(xié)議，又能提供L1層卸載功能的多功能PCIe尺寸規(guī)格板卡,，從而為邊緣軟件釋放了通用處理器資源,，提高了效率，能夠更好地在vBBU和O-DU平臺(tái)上運(yùn)行,。T1也因此有望憑借合適的性能和超低的延時(shí),，幫助客戶解決Open vRAN市場(chǎng)在O-DU領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。

圖3：前傳和L1卸載FPGA卡T1架構(gòu)

之所以FPGA相比ASIC會(huì)是更好的選擇,，Gilles Garcia給出的理由,，一是無論是Split 6、Split 7.2,，和Split 8,，不同架構(gòu)的O-RAN都可以根據(jù)5G的具體情況去選用，而且5G標(biāo)準(zhǔn)自身也處在不斷演進(jìn)過程中,，靈活性至關(guān)重要,；二是O-DU和無線電射頻之間會(huì)有越來越多的層次,，不同的層次就會(huì)要求不同的供應(yīng)商之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作性和兼容性,，如果使用FPGA器件，一旦出現(xiàn)兼容性問題,，修改起來會(huì)更加容易,。

這樣，在標(biāo)準(zhǔn)商用服務(wù)器中,，采用Arm或X86架構(gòu)的通用處理器仍然扮演協(xié)議層處理(Open RAN)的角色,，前傳和L1卸載工作交由PCIe卡完成，解決了處理器無法單獨(dú)處理大容量5G流量的難題,。由于T1卡是一種外形小巧的單插槽板卡,，能夠插入到標(biāo)準(zhǔn)的x86或非x86服務(wù)器中，所以如果服務(wù)器上有多個(gè)插槽的話,，就可以同時(shí)使用多個(gè)T1卡來提升性能和降低時(shí)延,，以實(shí)現(xiàn)5G虛擬化O-DU平臺(tái)要求的實(shí)時(shí)協(xié)議處理性能。

T1深入介紹

Gilles Garcia用圖4為我們展示了T1如何從CPU上卸載復(fù)雜功能。其中,，灰色部分代表的加擾,、解擾、調(diào)制,、解調(diào)制,、IDFT、均衡,、信道估計(jì)等功能仍舊映射到CPU中,；但紅色代表的線路速率和計(jì)算密集型功能，包括使用硬化LDPC和Turbo編解碼器的通道編碼/解碼,、速率匹配/解匹配,、HARQ緩存管理等，被很好地被映射到Zynq RFSoC上,，有助于釋放處理器核心以運(yùn)行其他業(yè)務(wù),，真正實(shí)現(xiàn)了虛擬化。數(shù)據(jù)顯示,，與加速前的服務(wù)器相比,，編解碼吞吐量分別提高45倍和23倍；而粉色代表的層映射,、前傳eCPRI,、PTP時(shí)鐘同步等功能則被映射到Zynq UltraScale 上。

圖4：T1從CPU上卸載復(fù)雜功能

通過這樣的精心“改造”,，T1卡實(shí)現(xiàn)了更少的CPU核心占用,，降低了系統(tǒng)成本與總功耗，前傳帶寬和L1帶寬也針對(duì)最佳可擴(kuò)展性進(jìn)行了匹配,，如果需要更多信號(hào)塔,，還可以向服務(wù)器插入更多板卡。與此同時(shí),，T1卡還通過生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴提供交鑰匙解決方案,，包括有效簡(jiǎn)化5G部署的O-RAN前傳參考設(shè)計(jì)和5G NR層1參考設(shè)計(jì)，以及幫助運(yùn)營(yíng)商,、系統(tǒng)集成商以及OEM廠商快速進(jìn)入市場(chǎng)的預(yù)驗(yàn)證軟件,，客戶無須擁有精通RTL/STG的團(tuán)隊(duì)，就可以即插即用地使用T1卡,。

圖5：O-RAN前傳參考設(shè)計(jì)和5G NR層L1參考設(shè)計(jì)

讓我們一起看一下在Dell R740上用FlexRAN演示T1性能,。圖6左右兩側(cè)分別是Dell R740中的單線程 XEON Gold在無T1和有T1時(shí)的情形，可以看出,，在無T1時(shí),，左側(cè)編解碼器的吞吐量分別是0.718GBPS和0.183GBPS，時(shí)延分別是45微秒和62.7微秒；4T4R扇區(qū)前傳時(shí),，2個(gè)扇區(qū)需要24個(gè)XEON核,，4個(gè)扇區(qū)需要64個(gè)XEON核。

添加T1卡之后,，L1性能編解碼器吞吐量分別達(dá)到了17.7GBPS和7.8GBPS,，是不帶T1情形時(shí)的42倍和24倍，時(shí)延分別是14.15微秒和16.21微秒U(xiǎn)S,，不到之前的1/3相比之前的性能可以時(shí)延的性能可以說是不到1/3,；4T4R扇區(qū)前傳時(shí)，2個(gè)扇區(qū)只需要1個(gè)XEON核,，4個(gè)扇區(qū)只需要2個(gè)XEON核,。這意味著對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說，既能夠通過釋放的處理器資源處理額外服務(wù),，也能夠減少服務(wù)器數(shù)量節(jié)約資本和運(yùn)營(yíng)支出,。

圖6：在Dell R740上用FlexRAN演示T1性能

但Gilles Garcia澄清說上述演示只是模型展示，戴爾和T1還沒有做相關(guān)認(rèn)證工作,，和包括戴爾在內(nèi)的服務(wù)器供應(yīng)商展開認(rèn)證,，將是賽靈思接下來需要加快進(jìn)行的工作。 

T1加速卡與賽靈思此前面向數(shù)據(jù)中心推出的Alveo系列加速卡并不相同,，前者主要用于5G信號(hào)的處理和加速,，后者主要用于數(shù)據(jù)和計(jì)算加速，例如由于沒有LDPC功能,，Alveo卡就無法實(shí)現(xiàn)L1層的功能卸載,。此外，賽靈思為客戶提供了T1的軟件和完整的參考設(shè)計(jì),，方便客戶在自有平臺(tái)上進(jìn)行集成,，但對(duì)Alveo來說，賽靈思只負(fù)責(zé)提供相應(yīng)接口,，然后由客戶加入自己的IP和解決方案,。

“可以預(yù)見的是,，很快就會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)入到O-RAN加速領(lǐng)域中來,，這是不可避免的。但T1只是賽靈思當(dāng)前推出的第一款產(chǎn)品,，我們有理由對(duì)未來充滿更多想象,。”Gilles Garcia說,。