中国本土第一款5G小基站基带SoC横空出世

　　近两年，中国5G通信系统，特别是宏基站的部署推进速度有所减缓，一个很重要的原因就是成本和功耗问题。例如，中国电信运营商购买一个5G宏基站的费用达到16万元人民币，而整个5G网络的基站数量可能是4G系统的3倍左右，而当下中国4G、3G网络的基站数量约为550万个，要想让5G实现4G那样的覆盖规模的话，保守计算（2倍数量），需要至少1000万个宏基站，这样的直接投资就是1。6万亿元，而从2012年至2019年底，中国4G所有宏基站的投资才7000多亿元左右。可见，这样的成本压力是难以承受的。另外，功耗也是一个很大的问题，具体数据非常惊人，三大电信运营商全部部署5G宏基站的话，它们全年的利润之和都不够交电费的。
　　因此，不可能在整个5G基站系统中全部使用宏基站，需要有低成本、低功耗的方案作为补充，协调发展。而小基站正好是理想的解决方案。
　　目前来看，小基站迎来了一个很好的发展机遇，原因在于：5G工作频率升高，宏基站的覆盖半径大幅减小，室内无法覆盖，需要小基站补盲；流量需求按指数律增加，且流量的80发生在室内，需要小基站处理流量；运营商成本压力巨大：宏基站采购部署成本（Capex）在万亿级，而且如果全部使用宏基站，则运维费用（Opex）也难以为继，需要小基站降低运营成本；小基站在有些场合可以替代宏站。
　　在5G通信系统当中，小基站在网络中的定位和功能与传统宏基站相同，麻雀虽小，五脏俱全。小基站与宏基站可以同时组网并独立工作，小基站不需要通过宏基站将数据传出。小基站甚至可以独立组网运营。
　　现在市场也有商用的小基站，但数量很少，主要原因依然是成本和功耗，一般要58万元一个，与宏基站相比，成本还是在同一个数量级上，不具备明显的成本优势，难以推广。
　　可以说，5G给诞生多年，但一直没有发展起来的小基站提供了绝佳的发展机遇，谁能先研发出具有较强实用性的基带SoC并实现规模量产，谁就能在这片蓝海获得竞争先机。
　　PC802
　　据比科奇（Picocom）创始人兼CEO蒋颖波博士介绍，该公司研发的小基站基带SoC芯片PC802即将上市，就是要帮助客户解决应用中的成本和功耗痛点。采用该芯片的小基站，最低单个成本只有2000元左右，但其下行速率与宏基站相比，差距不大（宏基站约为6Gbps，小基站约为4Gbps），因此，小基站每bit成本很低。
　　做小基站基带系统的门槛很高，需要对芯片设计和通信系统有很广、很深的理解。比科奇成立于2018年，创始团队多来自早年的Picochip公司，有着近20年的3G、4G、5G小基站芯片和基带（物理层）软件开发积累。该公司总部位于杭州，是一家中国本土IC设计企业。目前，全球能做这种SoC的厂商很少，且国内只有这一家。
　　即将面世的首款芯片PC802，在Sub6Ghz频段上的性能、接口、成本等各方面全球领先，采用台积电12nm制程工艺，支持URLLC，支持4G5G双模，支持多载波载波聚合，支持5GNR（Sub6GHz和毫米波频段）。该芯片既可以做一体化方案，也可以做分布式方案（具有很好的可扩展性）。
　　对于该芯片的算力，蒋颖波博士表示，相对于4G系统，其5G小基站方案算力可以提升20倍，具体来看，4G是20M的带宽，5G的带宽是100M，比科奇的最新芯片可以支持两个100M带宽容量，这样，就有10倍算力的提升。而该芯片可支持4根天线，而传统的4G小基站多为两根天线，这样综合算起来，算力就有了20倍的提升。
　　目前，比科奇正在同多个运营商和设备商进行接口对接，以便芯片尽快规模部署。
　　芯片设计理念
　　做小基站SoC的一个最大挑战就是提高算力的同时，可以有效的控制功耗。
　　谈到PC802的设计理念时，蒋颖波博士表示，这款小基站基带芯片设计具有相当高的技术含量，从最初的设计架构搭建阶段，就考虑到了其专用性，尽可能地将相应地功能硬化，同时保证足够的灵活性，以应对各种应用场景和标准。这对软硬件的切分能力要求很高，需要很多积累才能做到，这也正是该类芯片设计的难点所在。
　　蒋颖波博士认为，随着摩尔定律所能发挥的作用越来越弱，要想进一步提高算力，就必须采用异构的方法设计SoC，这也是比科奇小基站基带SoC设计的基本思路和方法，把很多常用的数据处理功能模块硬化在芯片内部，从而进一步提升了算力，同时又较好地控制住了功耗。
　　在笔者看来，这种芯片设计理念，与DPU如出一辙，即根据数据对芯片内部架构进行特殊处理，使相应功能设计具有很强的专用性。蒋颖波博士表示，要根据基带的特性，保持CPU的可编程性，同时将其它对灵活性要求不高的功能都硬化，形成加速器。这样，在提高性能和效率的同时，还不会显著增加功耗。此外，它又不只是像DPU那样的计算引擎，这对开发团队的通信技术和经验积累，以及对标准的认知深度的要求很高。
　　ORANIC
　　除了芯片，比科奇还提供物理层软件，以及开发板，为客户提供Turnkey解决方案。
　　例如，ORANIC板卡集成了四颗PC802芯片，可提供四个25G以太网SFP连接器，从而可以通过eCPRIOpenFronthaul前传来支持多个射频单元（RU），支持多达32个天线。ORANIC板卡在支持5GNR物理层（PHY）的同时，也能够运行LTEPHY。LTE是室内基站的必需功能，用来保证支持只有LTE功能的用户终端。
　　比科奇的一家客户在进行独立评估后，认为ORANIC板卡可以将层一层二的功耗降低超过75，即对应一个2T2RORU的ODU处理的功耗从74瓦降低到17瓦。此外，ORANIC板卡可大大减少边缘所需的服务器数量，比科奇的另一家客户估计可减少三倍，这是因为采用了专用的、经过优化的芯片来满足对处理能力有苛刻要求的PHY（层一）的处理。这也将使分布式的RAN设备可以被布置到在目前不太可能去部署的地方，例如路边机柜。
　　ORANIC板卡支持灵活的RAN网络部署，可用于农村郊区、空旷室外、人口密集城区、工业4。0、体育场馆、企业、城市、人口超级密集城区等，且越是人员密集的区域，越能派上用场。
　　5G发展受限于应用场景的拓展，而比科奇的SoC性能可以帮助小基站发展和拓展很多原来意想不到的应用场景，目前，这样的事情正在该公司的一家大客户那里发生了。
　　免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
　　今天是《半导体行业观察》为您分享的第2788内容，欢迎关注。
　　晶圆集成电路设备汽车芯片存储台积电AI封装