生态 | 5G市场对于RISC-V的机会有多少？从基站到手机

来源：EEWORLD

RISC-V指令集架构（ISA）的多功能性可以从使用该技术的5G应用的广度中看出。示例包括完整的5G基站片上系统（SoC），5G小蜂窝分布式单元（DU）SoC，针对5G无线电资源管理进行了优化的循环神经网络（RNN）IC，甚至包括RISC的手机也在开发中。

在最近的一项开发中，宣布了一种基于RISC-V参考设计的高度集成且可编程的5G调制解调器处理器。该SoC符合OpenRAN（或O-RAN）标准，适用于使用开放式软件定义内核，可互操作的无线接入网络（RAN）解决方案。与专有的基于Intel Xeon的解决方案所消耗的100W功率相比，该基于RISC-V的SoC仅消耗10W的功率，据称可将基站的总拥有成本降低多达50％。

新SoC设计的重要部分是开发了大约100条新的自定义指令，这些指令已添加到RISC-V指令集体系结构（ISA）中已经存在的向量扩展中。新指令优化了矢量扩展，以加速实现4G和5G信号处理和通信协议所需计算复杂的数学运算。

RISC-V对于高度集成的低功耗5G基站解决方案的开发至关重要。图片：EdgeQ

基站SoC使用Andes Technology的RISC-V核心许可构建的，以提供具有集成人工智能（AI）的完全开放和可编程的5G平台。最终设计扩展并定制了RISC-V指令集体系结构（ISA），以实现以前的无线基础架构解决方案无法满足的性能、功能和功耗要求。

由于SoC包括广泛的矢量处理扩展，因此它也非常适合执行AI和机器学习（ML）功能。 RISC-V内核具有可用于ML活动的额外处理能力。内核在空闲时可以卸载ML活动的处理。内核甚至可以在4G / 5G和ML工作负载之间进行分区，这些工作负载是在服务质量（QoS）管理的基础上分配的。使用SoC的设计人员可以对内核进行完全C / C ++访问，从而使其比其他基站解决方案更加灵活和可编程性。除了4G / 5G基站外，预计SoC还可以在工厂自动化，工业4.0和机器人技术中找到应用。

面向5G O-RAN小型蜂窝的RISC-V

具有集成外设的AndesCore RISC-V 32位内核对于开发5G小型蜂窝分布式单元（DU）SoC至关重要。RISC-V内核的紧凑尺寸允许DU将32个内核打包到两个集群中的O-RAN SoC，从而以高达25 Gbps的线速提供灵活性和数据吞吐量，以进行数据包头处理。根据DU供应商Picocom的说法，使用小型RISC-V的群集比使用少量较大的内核更有效。这种集群化RISC-V方法支持最大的灵活性，以应对未来的5G NR标准更改，同时在要求非常苛刻的应用中提供高性能。

5G系统使用正交频分多址（OFDMA）协议。在这样的系统中，数据在大小范围从0.125到0.25 ms的时隙中传输。这些时隙中承载的流量的调度是一项关键活动。正在设计和部署高效的5G基站，以处理大量用户并支持几个独立的移动运营商。每个操作员可能需要自己的软件。因此，管理5G小区站点中的无线电资源是一个复杂的过程。

用于5G无线电资源管理的神经网络

5G新无线电的无线电资源管理（RRM）很复杂。必须最大程度地利用可用频带，尤其是在高度异构的业务（例如，微小的传感器节点与移动路由器）以及快速变化的无线电信号传播条件下。为了有意义，RRM必须在几毫秒内执行；否则，QoS可能会受到影响。 5G应用场景的多样性对RRM提出了严格的要求。这些应用程序包括：

自动驾驶汽车具有很高的可靠性和低延迟

视频电话和虚拟现实的高带宽

大规模物联网的机器对机器通信

FPGA可用于处理必要的资源分配算法，以将有限的资源（例如，频带，发射功率，数据速率）有效地分配给移动客户端。但FPGA成本太高，无法用于5G网络所需的大规模密集部署中。为了满足这一需求，已经提出了针对RRM应用的具有递归神经网络（RNN）特定扩展的基于RISC-V的加速器。提出的解决方案包括硬件优化和软件优化。

这些扩展保持了与标准RISC-V ISA的向后兼容性，并且只增加了3.4%的额外面积开销，最长路径的长度不变。该解决方案非常灵活，并且支持用于各种RRM任务的多种RNN的性能改进。与基本RISC-V ISA相比，在各种RNN配置范围内，能效（10倍）和总体性能（15倍）提高了一个数量级。

RISC-V手机

以下是开发基于RISC-V的手机的三个示例。尽管这些活动不仅限于5G，但它们指出了基于RISC-V的5G手机的未来发展。

Precursor是袖珍型设备和开放式硬件开发平台，用于安全，移动的计算和通信。它包括一个内置显示器，一个物理键盘和一个内置电池，同时比普通智能手机更小，更轻。它由FPGA托管的软核片上系统（SoC）提供支持，它使开发人员可以自由检查，验证和自定义其操作的每个方面。Precursor围绕Xilinx XC7S50主片上系统（SoC）FPGA构建：一级缓存可延长电池寿命，并具有100 MHz VexRISC-V，RV32IMAC + MMU，4k L1 I / D缓存。

Precursor 开发平台组件。 （图片：Precursor ）

VexRISC-V基于RV32IM指令集的FPGA优化RISC-V ISA实现，该指令集不使用任何供应商特定的IP块。如在Precursor平台中使用的那样，它包括可选的MMU。

一些开发团队正在致力于在RISC-V硬件上运行Android开放源项目（AOSP）操作系统。阿里巴巴平头哥做出了一项努力，该公司已将Android 10移植到其内部RISC-V硬件中，该硬件是包含XuanTie C910内核（RISC-V 64）的SoC。

在RISC-V 64（XuanTie 910处理器）上运行的AOSP Android 10操作系统（图片：Github）

SoC集成了具有3个XuanTie C910内核（RISC-V 64）和1个GPU内核。该SoC可提供4K JPEG解码，并支持多个高速接口和外围设备以进行数据传输，包括3D图形和多媒体处理。

Debian操作已移植到RISC-V体系结构。 Debian是一个安全且稳定的基于Linux的操作系统。从笔记本电脑，台式机到服务器，各种设备都在使用它。Mobian是Debian的衍生产品，该产品是为手机开发的，于2020年5月推出。PinePhone是基于Linux的基于Mobian的手机。虽然PinePhone基于ARM处理器，但Debian已移植到RISC-V为设计师开发基于Mobian的RISC-V手机打开了大门。

概括

如图所示，RISC-V已在一系列5G应用中使用和开发，包括完整的5G基站片上系统（SoC），5G小蜂窝分布式单元（DU）SoC，递归神经网络（RNN） ）针对5G无线电资源管理进行了优化的IC，甚至包括RISC-V内核的手机也在开发中。预计RISC-V的用途将继续扩展到越来越多的5G应用中。