5克硅设计的影响

5 g,下一代移动宽带,是驾驶巨大的数据吞吐量的增加为移动应用程序通过引入载波聚合,巨大的天线系统,先进的调制,mmWave光谱和高带宽通道。然而,5 g及其管理机构,3 gpp,已非常高的期望,以扩大自己的能力远远超过了手机市场,并进入许多新领域,包括低功耗等物联网(物联网)应用程序资产跟踪、自动车辆连接车辆等基础设施,宽带互联网服务,有线电视服务,等等。

中国移动、中国电信和中国联通2019年11月推出了5 g服务拥有超过900万用户。爱立信认为,超过26亿订阅将基于5 g在接下来的六年。为了提供这些订阅,硬件已经积极开发5 g 5 g应用程序和基础设施要求。已经有5 g支持基带解决方案部署在今天的电话。这些基带解决方案提供驱动采用5 g的技术升级和高带宽至关重要,功能丰富的无线通讯。

然而,5 g影响硅设计远远超出基带处理器。如此广泛的应用程序服务和野心增加吞吐量明显有一个总系统修改无数soc的设计的影响。这些soc包括应用程序处理器必须适应更高的通信带宽和复杂的聚合。这些应用程序处理器在手机、AR / VR耳机,无人机,相机,平板电脑,2在1 s轨道,和许多其他消费设备。

除了消费设备有一个基础设施,必须适应这些消费设备的高密度和传入的数据路由到适当的目的地。这些目的地可能是另一个网络,本地设备,云数据中心,或本地数据中心,边缘计算是一个基本的趋势支持分布式计算的未来。所有这些目的地是升级他们的soc容纳5 g不仅仅是基带处理器。

5克半导体分割

有三大支柱一般被称为5 g的发展:增强移动宽带(EMBB),物联网,&机器机器通信(MMTC)和汽车&超可靠的低延迟通信(URLLC)。这些支柱的增长将发生在波,与EMBB应用领先的方式(图1)。

图1:物联网增长将发生在波。来源:麦肯锡

移动宽带正在推动新的应用程序和基带处理器的手机今天,最有趣的增长在这个区域的基础设施来支持它。多年来,我们一直听到微蜂窝技术(户外),微微细胞(室内/室外),和家庭基站(室内)。5 g和mmWave技术室内细胞和小细胞生长成为一个半导体的主要焦点。这并不是新基带处理器。边缘计算的增长和想法,将伴随所有基础设施的网络功能的服务器,将在本地管理和分析数据。5 g供应商有大计划来适应这个,已经有一些服务器soc介绍支持低权力和更低的延迟。

除了服务器soc位于5 g的基础设施,我们看到专门的AI加速器需要分析大量的数据和管理数据提供更有价值的服务。

超出了高带宽视频应用,5 g具有低功耗技术,如LTE-M和NB-IoT启用应用程序内的5 g等基础设施资产跟踪、按键通话语音功能和位置服务。这些低功耗最小数据节点数量的数十亿美元,增加网络的流量和功能。SoC设计必须适应新节点添加LTE-M和NB-IoT内以及他们创造的交通基础设施。除了高带宽和低功耗的物联网应用,5 g合并低延迟,飞船稳定性极强,沟通的关键任务和自动驾驶功能。这些都是推动技术和系统在整个设计的局限性。

三个主要挑战5 g

5 g带宽继续主导讨论改进,然而延迟和功耗两个额外的挑战,需要实现5 g的雄心勃勃的目标。

带宽
因为这是一个系统的挑战,而不仅仅是一个无线的挑战,SoC设计整个设备带宽是很重要的。高带宽基于标准的IP可用性是一个关键的5 g SoC系统设计。这始于LPDDR介绍LPDDR4/4x现在LPDDR5手机。5 g DDR5正在采用大量基础设施网络和服务器出类拔萃。MIPI引入了更高的带宽能力CSI-2 v3, I3C和UFS 3.0连接到移动传感器和记忆。作为PCIe正积极将增加带宽从作为PCIe作为PCIe 4和3 - 5所示。以太网继续扩大带宽和基础设施soc看到快速迁移到400克和800克需要最新的高速并行转换器phy包括56个g和112 g。蓝牙升级了蓝牙低能量使经典过时,因为它现在支持蓝牙音频功能。USB、消费设备的基本连接已经从3.0迁移到3.1到3.2,现在介绍USB 4。超出标准的IP,人工智能处理器来处理自组织网络的引入,以DSP处理器日益复杂和高度并行向量中基带处理看到采用soc解决5 g载波聚合和大规模分布式天线加工和带宽需求。

延迟
例如降低延迟,目前5 g规范预计往返延迟小于1毫秒。未来6克项目介绍在2019年秋天预计往返延迟的10微秒。这可能是数量级以上一些内存访问在一个SoC但这样低延迟每一个时钟周期内SoC设计重要得多。改善延迟在soc有一种强烈的趋势使用专家服务建立高度集成和优化子系统来降低延迟。此外,新的基于标准的协议正在采用专门CXL等改善延迟。Synopsys对此是一个领导者在提供优化的系统来减少延迟包括业界领先的低延迟DDR控制器,新实施的CXL控制器执行远低于最低规格,和处理子系统和接口,删除公共汽车面料和寄存器直接映射到处理器除了紧密耦合的记忆。

电力消耗
扩大服务物联网移动供应商能力,低功耗协议如LTE-M和NB-IoT介绍了。这些协议需要新的处理解决方案,新的无线电解决方案和低功耗系统设计方法和IP功能,包括操作在近门槛电压,电压和频率缩放和智能时钟门控。

总结5 g SoC的影响

5 g是在下一代soc,引入一系列广泛的挑战远远超出高带宽无线。这些包括增加系统带宽,降低SoC延迟和还原能力显著的连接物联网。使用受信任的基于标准的IP和证明在最激进的过程的技术处理和模拟IP节点需要给市场带来5克。Synopsys对此提供了最全面的知识产权组合5 g的实现,可以发现大多数的实现在全球范围内。要了解更多,请阅读白皮书”5克是如何影响硅设计”。