Xilinx又一次跨界，5G模擬舞台將上演一齣好戲

2月22日，Xilinx發布了RF級模擬技術—All Programmable RFSoC，稱是實現面向5G無線的顛覆性技術突破。

在北京的新聞發布會上，Xilinx發言人滔滔不絕地講5G挑戰與模擬痛點，筆者最大的感受是：Xilinx又跨界了!

故事要回到2010年，數字器件公司Xilinx招募了一些來自著名模擬器件公司的數據轉換器人才，於2012年誕生了ADC器件，集成在28nm的Virtex-7 FPGA器件中，但Virtex-7的主要賣點還是在FPGA的高密度上。

筆者當時也詢問過一些專業的做數據轉換器分立器件的公司是否擔憂，他們認為這只是一個噱頭。

沒想到時間到了2017年2月，Xilinx又捲土重來，在SoC中集成了ADC/DAC等模擬子系統，即FPGA+ARM處理器+軟體+RF模擬等，定位5G射頻級模擬。

讓我們先來看看此次發布會的內容。

RFSoC使功耗和尺寸減半

Xilinx平台產品營銷副總裁Tim Erjavec首先登場，稱All Programmable RFSoC可帶來50%-70%的功耗與封裝尺寸的縮小，對高效部署5G大規模MIMO和毫米波無線回程至關重要。

5G的挑戰有三: 頻率效率、高密度部署、能效，因而帶來了遠端射頻單元、無線回傳和基帶的改進。

基帶儘管不是新的，但是一個重要方向。

遠端射頻方面，在5G等更高頻率下，需要更大規模的MIMO架構，例如大樓側面瓦片狀天線，數量眾多——32、256甚至1024個獨立物理天線整合到一個2D陣列中，因此靈活性非常重要。

為此，Xilinx推出全可編程的RFSoC，下圖右側RF模擬區塊是此次發布的重點，它們和FPGA和ARM處理器進行了集成。

具體改進分析

隨後，Xilinx通訊市場總監Harpinder S Matharu上台，介紹了5G三大挑戰之一的遠端射頻單元，稱4G以前通過傳統的分立式ADC/ DAC來傳輸的即可，但5G需要大幅降低功耗，為此Xilinx拿出專門一部分解決5G數字前端功耗問題，即採用了集成式數模轉換子系統。

通常，傳統的IF(中頻)採樣需要使用模擬器件在ADC採樣前進行信號調節，而完整的射頻模數轉換器子系統無需單獨設計，就可滿足設計需求，並實現靈活性和可控性，使RF採樣成為5G的可行方法。

例如4x4 Radio，需要一個SoC，還有分立式的數據轉換器(4個ADC和4個DAC)，通常需要9個器件，而且把DAC、ADC和SoC進行連接非常困難，現在採用一個RFSoC即可，簡化了設計。

再看8x8 2.6GHz射頻單元，也是中國移動使用的方案，此設計更複雜，分立器件ADC和DAC數量比4x4多了一倍(8個ADC和8個DAC)，採用了RFSoC後無需分立的ADC和DAC，封裝尺寸縮小77%。

可見RFSoC的優勢：簡化封裝尺寸，簡化設計過程，從而縮短設計時間，從而對天線陣列進行擴展，例如64x64, 128x128等。

5G推到市場需要大規模的MIMO，包括64GHz以下及以上的厘米波和毫米波的應用，RFSoC可以更好地應用大規模的MIMO的無線技術。

從採用數據轉換器進行射頻採樣的流程圖中可見(見下圖)，天線接收到的信號，進入到濾波器，經過放大過程，進入混頻器，上端有一個振蕩器，進行濾波和放大，最後到數據轉換器。

採用這種ADC的方法，或者基帶ADC對信號進行調節電路的處理，這個過程當中會出現信號損失情況，還有非線性的雜質也會滲透到這個過程當中。

而且由於採用40nm的老的工藝技術，功耗也較高。

而且設計也非常複雜。

但RFSoC集成性提高，並採用了先進的工藝節點，使功耗和尺寸大大降低。

因為傳統IF與零中頻是採用2x2,靈活性不夠;如果採用4x4，由於很多分立器件，靈活性也不夠。

右上角的RFSoC由於不涉及前端處理，因此功耗可大大降低。

熱點問答

*Xilinx此舉是否是向傳統的數據轉換器廠商發起了挑戰?

不是。

TI和ADI的產品面很廣，Xilinx是單一產品，只針對5G RF。

*如何推廣RFSoC?

全球6大5G/准5G研發運營商中，5家在用Xilinx ultrascale/ultrascale+的產品，因此Xilinx有廣泛的用戶基礎，並且Xilinx了解5G/准5G的研發痛點。

*RFSoC何時會推出?

今年晚些時候。

*遇到了哪些技術挑戰?

2010年開始數據轉換器的研發工作，2012年推出第一個產品，但當時沒有實現整體式原封不動的集成。

所以最後的難點是怎樣實現這些數據轉換器，並原封不動地整體集成到器件當中。

把高速模擬放在收發器中，其中非常寶貴的突破是怎樣減少噪音、隔離噪音。

點評：Xilinx的模擬夢很奇幻

Xilinx等FPGA公司是非常善於跨界的，遠的不說，就論近幾年， 2012年在FPGA基礎上加入ARM處理器，推出Zynq系列SoC處理器;2015年又推出全可編程(All Programmable)理念，向多處理器和軟體進軍，具體產品包括MPSoC和軟體定義的設計環境——SDx，以吸引嵌入式尤其是大量不懂FPGA和Xilinx處理器的軟體編程人員，預計5年用戶增長5倍。

這次面向5G，又加入了RF模擬。

誰都能想，但要是能做出來，確實需要能耐。

就拿這高速ADC/DAC來說，RFSoC指標達到了4、5GSPS。

在分立器件中，能夠做到GSPS級別的公司也是鳳毛麟角，而且RFSoC還是4通道、8通道的，在16nm工藝下，和數字電路同在一個die(晶圓上的晶片)上。

按照Xilinx的說法，2010年才開始招募這類人才。

這一切看著太神奇了!

筆者也理解Xilinx的說法，Xilinx的數據轉換器不會對一些老牌數據轉換器的產品帶來整體威脅，因為就對著5G部署和大規模MIMO，是Niche market(利基市場)。

要是做廣譜數據轉換器，確實需要大量投入和長期積累。

估計傳統數據轉換器廠商也不是白給的，一定會奮力反擊。

因此，從這個角度看，RFSoC也是讓數據轉換器市場活躍的催化劑。

筆者詢了一下RFSoC價位，發言人諱莫如深，稱原則上是先給客戶展示一下如何大幅減少功耗，然後再談價格。

筆者推測，從理論上，22nm晶片的性價比應該是提高嘍，BOM(物料清單)應該降低的。

但就因為太神了，因此要以為用戶帶來的價值來定價，即為用戶帶來多大價值，就定這個價兒!

讓我們在今年下半年拭目以待，但願RFSoC為5G模擬帶來一齣好戲!