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RISC-V指令集架構(gòu)（ISA）的多功能性可以從使用該技術(shù)的5G應(yīng)用的廣度中看出。示例包括完整的5G基站片上系統(tǒng)（SoC），5G小蜂窩分布式單元（DU）SoC，針對5G無線電資源管理進(jìn)行了優(yōu)化的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）IC，甚至包括RISC的手機(jī)也在開發(fā)中。

在最近的一項開發(fā)中，宣布了一種基于RISC-V參考設(shè)計的高度集成且可編程的5G調(diào)制解調(diào)器處理器。該SoC符合OpenRAN（或O-RAN）標(biāo)準(zhǔn)，適用于使用開放式軟件定義內(nèi)核，可互操作的無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）解決方案。與專有的基于Intel Xeon的解決方案所消耗的100W功率相比，該基于RISC-V的SoC僅消耗10W的功率，據(jù)稱可將基站的總擁有成本降低多達(dá)50％。

新SoC設(shè)計的重要部分是開發(fā)了大約100條新的自定義指令，這些指令已添加到RISC-V指令集體系結(jié)構(gòu)（ISA）中已經(jīng)存在的向量擴(kuò)展中。新指令優(yōu)化了矢量擴(kuò)展，以加速實現(xiàn)4G和5G信號處理和通信協(xié)議所需計算復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算。

RISC-V對于高度集成的低功耗5G基站解決方案的開發(fā)至關(guān)重要。圖片：EdgeQ

基站SoC使用Andes Technology的RISC-V核心許可構(gòu)建的，以提供具有集成人工智能（AI）的完全開放和可編程的5G平臺。最終設(shè)計擴(kuò)展并定制了RISC-V指令集體系結(jié)構(gòu)（ISA），以實現(xiàn)以前的無線基礎(chǔ)架構(gòu)解決方案無法滿足的性能、功能和功耗要求。

由于SoC包括廣泛的矢量處理擴(kuò)展，因此它也非常適合執(zhí)行AI和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）功能。 RISC-V內(nèi)核具有可用于ML活動的額外處理能力。內(nèi)核在空閑時可以卸載ML活動的處理。內(nèi)核甚至可以在4G / 5G和ML工作負(fù)載之間進(jìn)行分區(qū)，這些工作負(fù)載是在服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理的基礎(chǔ)上分配的。使用SoC的設(shè)計人員可以對內(nèi)核進(jìn)行完全C / C ++訪問，從而使其比其他基站解決方案更加靈活和可編程性。除了4G / 5G基站外，預(yù)計SoC還可以在工廠自動化，工業(yè)4.0和機(jī)器人技術(shù)中找到應(yīng)用。

面向5G O-RAN小型蜂窩的RISC-V

具有集成外設(shè)的AndesCore RISC-V 32位內(nèi)核對于開發(fā)5G小型蜂窩分布式單元（DU）SoC至關(guān)重要。RISC-V內(nèi)核的緊湊尺寸允許DU將32個內(nèi)核打包到兩個集群中的O-RAN SoC，從而以高達(dá)25 Gbps的線速提供靈活性和數(shù)據(jù)吞吐量，以進(jìn)行數(shù)據(jù)包頭處理。根據(jù)DU供應(yīng)商Picocom的說法，使用小型RISC-V的群集比使用少量較大的內(nèi)核更有效。這種集群化RISC-V方法支持最大的靈活性，以應(yīng)對未來的5G NR標(biāo)準(zhǔn)更改，同時在要求非常苛刻的應(yīng)用中提供高性能。

5G系統(tǒng)使用正交頻分多址（OFDMA）協(xié)議。在這樣的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在大小范圍從0.125到0.25 ms的時隙中傳輸。這些時隙中承載的流量的調(diào)度是一項關(guān)鍵活動。正在設(shè)計和部署高效的5G基站，以處理大量用戶并支持幾個獨立的移動運營商。每個操作員可能需要自己的軟件。因此，管理5G小區(qū)站點中的無線電資源是一個復(fù)雜的過程。

用于5G無線電資源管理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

5G新無線電的無線電資源管理（RRM）很復(fù)雜。必須最大程度地利用可用頻帶，尤其是在高度異構(gòu)的業(yè)務(wù)（例如，微小的傳感器節(jié)點與移動路由器）以及快速變化的無線電信號傳播條件下。為了有意義，RRM必須在幾毫秒內(nèi)執(zhí)行；否則，QoS可能會受到影響。 5G應(yīng)用場景的多樣性對RRM提出了嚴(yán)格的要求。這些應(yīng)用程序包括：

自動駕駛汽車具有很高的可靠性和低延遲

視頻電話和虛擬現(xiàn)實的高帶寬

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器對機(jī)器通信

FPGA可用于處理必要的資源分配算法，云主機(jī)租用，以將有限的資源（例如，頻帶，發(fā)射功率，數(shù)據(jù)速率）有效地分配給移動客戶端。但FPGA成本太高，無法用于5G網(wǎng)絡(luò)所需的大規(guī)模密集部署中。為了滿足這一需求，已經(jīng)提出了針對RRM應(yīng)用的具有遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）特定擴(kuò)展的基于RISC-V的加速器。提出的解決方案包括硬件優(yōu)化和軟件優(yōu)化。

這些擴(kuò)展保持了與標(biāo)準(zhǔn)RISC-V ISA的向后兼容性，并且只增加了3.4%的額外面積開銷，最長路徑的長度不變。該解決方案非常靈活，并且支持用于各種RRM任務(wù)的多種RNN的性能改進(jìn)。與基本RISC-V ISA相比，在各種RNN配置范圍內(nèi)，能效（10倍）和總體性能（15倍）提高了一個數(shù)量級。

RISC-V手機(jī)

以下是開發(fā)基于RISC-V的手機(jī)的三個示例。盡管這些活動不僅限于5G，但它們指出了基于RISC-V的5G手機(jī)的未來發(fā)展。

Precursor是袖珍型設(shè)備和開放式硬件開發(fā)平臺，用于安全，移動的計算和通信。它包括一個內(nèi)置顯示器，一個物理鍵盤和一個內(nèi)置電池，同時比普通智能手機(jī)更小，更輕。它由FPGA托管的軟核片上系統(tǒng)（SoC）提供支持，它使開發(fā)人員可以自由檢查，驗證和自定義其操作的每個方面。Precursor圍繞Xilinx XC7S50主片上系統(tǒng)（SoC）FPGA構(gòu)建：一級緩存可延長電池壽命，并具有100 MHz VexRISC-V，RV32IMAC + MMU，4k L1 I / D緩存。

Precursor 開發(fā)平臺組件。 （圖片：Precursor ）

VexRISC-V基于RV32IM指令集的FPGA優(yōu)化RISC-V ISA實現(xiàn)，該指令集不使用任何供應(yīng)商特定的IP塊。如在Precursor平臺中使用的那樣，香港服務(wù)器租用，它包括可選的MMU。