從現(xiàn)在開始,我們將會目睹5G 的爆發(fā)式成長。5G最突出的優(yōu)點(diǎn)在于低時延和點(diǎn)對點(diǎn)的快速高效通信,那么它會給嵌入式產(chǎn)業(yè)帶來哪些機(jī)會呢? 嵌入式工程師面對5G的到來,又需要做哪些方面的準(zhǔn)備和改變呢?最近《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》邀請了業(yè)內(nèi)專家、公司、工程師來聊聊對這一問題的看法！

業(yè) 界 聲 音

5G僅僅是走向萬物互聯(lián)的開始

回顧移動通信發(fā)展史,從1G 到4G 是通信技術(shù)的量變階段,從4G到5G 是從數(shù)字通信技術(shù)到智能信息技術(shù)的變革階段。從1G 模擬語音信號傳輸、2G 數(shù)字語音與文件的傳輸服務(wù)、3G 數(shù)字影像的傳輸服務(wù)到4G 數(shù)字視頻服務(wù),圓滿地完成了移動通信的數(shù)字化革命任務(wù)。其后,又出現(xiàn)了新的矛盾:4G通信的時延無法滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的實(shí)時性、安全性要求,成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

 

5G誕生帶來的低時延、高可靠、低功耗信息傳輸技術(shù),將突破技術(shù)瓶頸。因此,5G 時代是通信應(yīng)用向物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的變革時代。5G 將大大加速人工智能發(fā)展速度,迎來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用熱潮,但5G僅僅是走向萬物互聯(lián)的開始,6G將決定人工智能的未來。

 

人們熟悉1G到4G 的演變過程,媒體以慣性思維來解讀5G,過多地宣傳5G 帶來的快速流媒體效果,使人們過多關(guān)注個人生活周邊。而5G 主流的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景可能會給百姓帶來些許失望。5G 從峰值10G 到最低值100 Mbps,跨度極大,帶給個人通信體驗(yàn)的也許只有100 Mbps,況且大多百姓使用的是與5G不相關(guān)的光纖入戶有線網(wǎng),人們可能難以直接體驗(yàn)到5G 的革命性變革,也難以理解大國對5G技術(shù)日益加劇的爭奪戰(zhàn)。

 

由于5G的特殊性,各大國都在爭奪5G 的世界影響力,并且在5G還未普及應(yīng)用時,就開始進(jìn)軍6G,3月24日至26日, 全球首個6G峰會在芬蘭舉辦。2019年不僅是5G應(yīng)用元年,也是6G的研發(fā)元年。就產(chǎn)業(yè)應(yīng)用而言,5G并不完善,6G將大大改善人工智能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用水平。

 

5G將觸發(fā)一個由SoC架構(gòu)支持的全新生態(tài)系統(tǒng)

Achronix 半導(dǎo)體公司高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理  Alok Sanghavi

隨著5G手機(jī)和5G客戶端(CPE)在2019年世界移動通信大會(MWC)上的推出,5G已經(jīng)成為通信行業(yè)的下一個重大話題。隨著5G的快速發(fā)展,無線基礎(chǔ)設(shè)施將變得更加普及,并與我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷嫱耆跒橐惑w。

 

5G不僅延續(xù)了以前的各蜂窩移動通信標(biāo)準(zhǔn)(驅(qū)動帶寬)的模式,而且還將其擴(kuò)展到更多設(shè)備和應(yīng)用場景。新的應(yīng)用場景也在不斷涌現(xiàn),這對移動設(shè)備及其所連接的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施提出了新的要求。如5G 的高可靠性和低延遲可以補(bǔ)充現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)(V2X)解決方案,用于車輛到車輛和車輛到基礎(chǔ)設(shè)施的連接(C V2X)。此外,5G也為遠(yuǎn)程手術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)等新興應(yīng)用提供了高可靠性、低延遲的支持。

 

5G也正在對邊緣分析和移動邊緣計(jì)算(MEC)提出新的需求,推動著計(jì)算模式正在從以前的將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心化計(jì)算資源去處理,轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒂?jì)算資源轉(zhuǎn)移到位于數(shù)據(jù)產(chǎn)生點(diǎn)的新方式。這種轉(zhuǎn)變的原因包括:新興應(yīng)用嚴(yán)格的延遲要求、越來越龐大的數(shù)據(jù)量,以及優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的愿望等。

 

因此可以發(fā)現(xiàn)5G將以低延遲連接更多的智能設(shè)備,這意味著要在這些設(shè)備中嵌入更多的計(jì)算能力,預(yù)計(jì)5G將把許多嵌入式計(jì)算轉(zhuǎn)化為嵌入式智能。此外,憑借5G基礎(chǔ)設(shè)施中的新技術(shù),5G將觸發(fā)一個由SoC架構(gòu)支持的全新生態(tài)系統(tǒng),該架構(gòu)包括一個高性能CPU 子系統(tǒng)和一些硬件處理單元,其中包括FPGA可重構(gòu)編程加速。

 

5G前傳技術(shù)及其部署模式?jīng)Q定了5G網(wǎng)絡(luò)部署的質(zhì)量、成本和效率。鑒于前傳接口具有各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和要求,FPGA通常被用于支持此接口。工程師(包括嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員在內(nèi))需要更多地了解FPGA 解決方案及其在不同終端應(yīng)用中的使用模式。FPGA 解決方案包括獨(dú)立的FPGA芯片組、基于FPGA晶粒片的SiP封裝芯片(chiplet)和完全集成的eFPGA解決方案。

 

我們將5G所需的處理單元映射為帶有各種器件的一個分立實(shí)現(xiàn)模式,這些器件包括CPU SoC、旁邊的FPGA加速單元和天線接口。此配置反映了在可提供經(jīng)優(yōu)化的5G ASIC之前,可以部署在5G原型設(shè)計(jì)和已經(jīng)成熟量產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)手段。

 

另一種可比較的架構(gòu)是基于FPGA晶粒片的SiP芯片方法。在這種情況下,使用更高帶寬、更低延遲和更低功耗的接口將CPU SoC芯片與旁邊的硬件加速SiP封裝FPGA芯片連接起來。支持連接到RF單元的前傳連接的FPGA器件可以是采用SiP封裝集成在一起的。實(shí)際上,如果有足夠的資源,它可以是與硬件加速SiP封裝相同的器件。

 

最后,集成化基帶架構(gòu)包含與先前相同的處理元件,并具有相同的功能,但嵌入式FPGA(eFPGA)集成在了芯片內(nèi)同一個單晶片上。這種緊密的單片集成方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。與基于SiP封裝芯片的方法相比,該接口具有更高的帶寬、更低的延遲和更低的每比特能耗。此外,其中的資源組合可以根據(jù)所考慮的特定應(yīng)用進(jìn)行定制,因此避免了不需要的接口、存儲器和核心邏輯器件。這樣可以實(shí)現(xiàn)以上所考慮的三種架構(gòu)的最低單位成本。

 

CPU 和可編程加速(嵌入式或獨(dú)立FPGA)的緊密耦合使開發(fā)人員能夠創(chuàng)建可以跨越多個不同市場的平臺產(chǎn)品。從5G的角度來看,高度可編程的解決方案可以加快產(chǎn)品上市速度。例如,不再需要把SoC的流片時間推遲到標(biāo)準(zhǔn)最終確定之后,后續(xù)追加的需求可以在軟件或可編程硬件中實(shí)現(xiàn)。對于早期5G 部署所面臨的壓力,以及隨之而來的新標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn),這是一個突出優(yōu)勢。

 

5G 時代,操作系統(tǒng)勢必在嵌入式產(chǎn)品中占據(jù)主導(dǎo)地位

芯靈思CEO 李曄 

5G來了,車與車需要相互交流,車與建筑物也需要交流,車與地圖軟件可能就直接溝通了,那時候可能就不需要交通信號燈了;5G來了,購物網(wǎng)站也將從照片瀏覽變成視頻展示;5G來了,人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)這些概念都將成為基礎(chǔ)設(shè)施。一個城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程也是農(nóng)民工奔波勞累的過程,那么5G來了,得需要多少碼農(nóng)、拉線工啊!

 

5G來了,無論設(shè)備大小、功能強(qiáng)弱,都需要帶聯(lián)網(wǎng)功能,現(xiàn)在使用的產(chǎn)品可能需要大批量更新?lián)Q代。這又將是一次嵌入式產(chǎn)品的需求盛會。

 

5G來了,設(shè)備要處理的數(shù)據(jù)和任務(wù)變多了,裸機(jī)的需求必將減少,操作系統(tǒng)勢必在嵌入式產(chǎn)品中占據(jù)主導(dǎo)地位。那時候,底層開發(fā)可能會漸漸產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn),工程師將會從紛繁復(fù)雜的底層開發(fā)中解放出來,更多得關(guān)注上層業(yè)務(wù)邏輯。

 

5G來了,數(shù)據(jù)存儲是否只存在于云端? 如果那樣,以后買硬盤只需要買個云端賬號密碼就夠了,再也不用擔(dān)心硬盤物理損壞又沒有備份資料而被老板罵了。

 

5G來了,辦公電腦可能也只是一臺顯示器了,我們所使用的辦公系統(tǒng)以及軟件全部運(yùn)行在云端,關(guān)機(jī)這個詞也只能在字典里才能看到了。

 

以上種種實(shí)現(xiàn),離不開我們這一代工程師的努力,希望這個時代能夠快點(diǎn)到來。

 

5G 讓終端數(shù)據(jù)自由連通

山東瑞因思儀器有限公司軟件總工 吳元超 

我2012年開始接觸嵌入式系統(tǒng),那時候上網(wǎng)是3G,用手機(jī)看視頻還有些許卡頓,看電影需要先緩沖,緩沖完一段時間才可以流暢地看完一部電影。到2015年初換了4G手機(jī),使用的體驗(yàn)簡直就是鳥槍換炮,電影、視頻、聊天等不再有“便秘”的感覺?，F(xiàn)在又進(jìn)入了5G 時代,各種渠道都說比4G快百倍,通信速率呈指數(shù)增長……在這發(fā)展過程中,驀然回首,已不知不覺經(jīng)歷了7個年頭。

 

機(jī)緣巧合之下,2018年有幸參加嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會舉辦的研討會,聽了何立民教授《從單片機(jī)到嵌入式系統(tǒng)人工智能的歷史回顧》,受益匪淺,所以對于5G時代嵌入式系統(tǒng)的機(jī)會也有了新的認(rèn)識。

 

(1) 5G,萬物互聯(lián)下的嵌入式機(jī)會

在工業(yè)生產(chǎn)中,一個規(guī)范的生產(chǎn)流程應(yīng)該既可以提高生產(chǎn)效率,又能把控生產(chǎn)質(zhì)量。因此,可以將生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)信息實(shí)時傳輸至服務(wù)器,把工業(yè)自動化控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、環(huán)境特定指標(biāo)監(jiān)測實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控端意義非凡。5G高速度、低延遲、低功耗的特點(diǎn)對于感知層硬件設(shè)備的向外傳輸簡直如虎添翼。

 

在日常生活中,智能穿戴產(chǎn)品、智能家居、智能醫(yī)療、智能家庭安防,這些現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是一個代名詞了,不過目前采集控制以及信息處理還僅限于局域網(wǎng)內(nèi)的自動控制,按照個人習(xí)慣讓其在特定工作模式運(yùn)行。進(jìn)入5G時代后,每個終端都能夠自由連通,那么它們的工作狀態(tài)將更加靈活,數(shù)據(jù)也可以實(shí)時共享,對我們生活更加意義

非凡。

 

(2) 5G,人工智能下的嵌入式機(jī)會

隨著科技的進(jìn)步, 某些單一重復(fù)的工作將逐漸被人工智能取而代之,比如景點(diǎn)售票員、火車站驗(yàn)票系統(tǒng),現(xiàn)在來看各大芯片廠商開始向人工智能、邊緣計(jì)算發(fā)力,5G這個能讓數(shù)據(jù)飛起來的快車道,能夠有效促進(jìn)端點(diǎn)信息采集設(shè)備的研發(fā)。

 

可以預(yù)見的是,5G 時代,智慧安防的實(shí)時監(jiān)控更流暢,智能家居的響應(yīng)速度更快,而以運(yùn)營商搭建平臺方式運(yùn)行的智能家居產(chǎn)品也有望打破現(xiàn)有品牌壁壘,實(shí)現(xiàn)跨品牌產(chǎn)品的互連互通。除了智能家居生態(tài)圈的成型,5G 還將在家裝設(shè)計(jì)、家居生產(chǎn)環(huán)節(jié)大有作為,家裝BIM、智能制造都會收割一大波紅利?？傊?/span>,5G未來可期!