5G时代下FPGA展现更多特有优势

沈丛

“通讯行业是FPGA的主力战场。”京微齐力创始人&CEO王海力同记者说道。随着5G时代的到来，通讯行业也迎来了井喷式的发展，那么在未来，对于FPGA这类具备高灵活性的芯片来说，在5G的时代将有着怎样的发展？

FPGA——5G通信的硬件载体

由于FPGA通过编程可以实现任意芯片的逻辑功能，例如ASIC、DSP甚至PC处理器等，被人成为“万能”芯片，在通讯行业一直以来颇受欢迎。“早在SG以前，在原有的通讯基站设备中就已经运用到了FPGA芯片，这是由于FPGA是通讯行业天然的灵活的载体，相比较于CPU而言，有着高吞吐率、高带宽、灵活可编程的特点。在终端的设备的运用上，相比GPU而言，具备低功耗的优势，因此，FPGA在5G产业下依然可以成为很好的载体。”王海力说道。

紫光同创市场总监吕喆也认为，SG的到来将会给FPGA的发展创造更多的机会。与前一代相比，SG对通信网络提出了更高的要求，比如100倍的数据速率、100倍的互联设备数量，以及1000倍的网络容量，5G网络的典型特点包括高速度、泛在网、低功耗、低延时，以及更高的可扩展性、智能性和异构性。为满足这些新的要求，5G网络必须采用许多新的技术，比如海量MIMO，云RAN，新的基带和RF架构，以及很多新协议的实现等，而这些新的技术存在不确定性和较长的优化和迭代过程，而且市场上短期内没有形成统一的方案，在网络应用和运维通过较长时间达到最优之前，都需要FPGA方案解决。另一方面，通信业务的很多应用场景是需要随时升级的、接口转换、5G新协议、FLEXE以太新协议、5G无线基带算法、5G无线回传、传送CPE盒式设备、网络处理器业务卸载等SG高端场景使用需求，这些都是FPGA的机会。

此外，吕喆认为，FPGA的灵活性、差异化、高性能、低延时、多I/O、高速接口等特点，在5G网络的很多应用场景中是不可替代的，因此在较长时间内，5G通信设备中的许多需求，无法用固定、统一的芯片来解决解决。比如，5G通信的MIMO天线阵列和波束成形技术的出现，需要大量信号并行处理，而FPGA是解决这类需求的最理想的解决方案。由此可见，5G对于FPGA这类灵活性较强的芯片有着较强的依赖性。

国产FPGA快速成长出现契机

尽管在5G之前，FPGA已经在通讯行业大放异彩，但在是SG时代，FPGA发挥出了其更多特有的优势。“首先，FPGA在SG中高带宽能力表现的非常好，FP-GA的带宽能承载几十G到几百G，大量数据带宽进来之后，FP-GA能够进行逻辑运算，再进行稳定输出。其次，在SG中FPGA的低延时性体现得非常明显，这是由于FPGA用的是硬件载体，而不是像CPU -样的软件载体。最后，5G中FPGA的灵活性主要体现在其高兼容性，这是由于，在SG设备中，同样需要兼容3G、4G，在未来甚至兼容5Gplus或者6G，FPGA这种多标准多协議处理能力在SG设备中发挥得淋漓尽致。”王海力同记者说道。

吕喆认为，从产业进程来看，FPGA在5G通信商用初期显得尤为重要。相对于核心网的标准化协议，5G通信将带来物理层和逻辑层协议的不断升级，各设备厂家为了抢占产品和技术的制高点，甚至在标准还未冻结之前就推出原型样机甚至小批量，而这只有可灵活编程的FPGA可以做到。因此，在基站、基站控制、承载和传输等产品中将会用到大量FPGA器件。

由于国产FPGA发展起步较晚，技术与海外相比扔存在着较大差距，国内高端FPGA产品仍严重依赖进口。然而，随着中国5G的大力发展，能否推动国产FPGA发展并打破海外技术的垄断，成为了如今人们关注的焦点。在王海力看来，这并不是一个不可实现的目标，只是需要一些时间和机会。“我认为，在未来的5-10年中，中国的通讯行业若是能大量使用国产FPGA芯片，同时降低国产FPGA芯片的使用门槛，对于打破海外对于FPGA技术的垄断将会有非常大的帮助。通讯行业占到了FPGA

30% - 40%的市场占有率，然而在此之前都是美国的FPGA厂商在为国内通讯行业服务，但是中国厂商若能在建立SG基站的前期提供大量的支持，那么对于打破美国在FPGA行业的垄断指日可待。”