還搞不懂低功耗?5G基站功耗性能探討!
低功耗是很多行業(yè)都需要考慮的是事請(qǐng)，在不同的電子產(chǎn)品中，低功耗的設(shè)計(jì)往往存在一些差異。為增加大家對(duì)功耗的認(rèn)識(shí)，本文將首先闡述低功耗的一些概念，進(jìn)而討論如何降低5G基站的功耗。
一、低功耗引言
目前的低功耗設(shè)計(jì)主要從芯片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面考慮。隨著半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展和芯片工作頻率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又將導(dǎo)致芯片發(fā)熱量的增大和可靠性的下降。因此，功耗已經(jīng)成為深亞微米集成電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要考慮因素。為了使產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力，工業(yè)界對(duì)芯片設(shè)計(jì)的要求已從單純追求高性能、小面積轉(zhuǎn)為對(duì)性能、面積、功耗的綜合要求。而微處理器作為數(shù)字系統(tǒng)的核心部件，其低功耗設(shè)計(jì)對(duì)降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗具有重要的意義。
在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，低功耗設(shè)計(jì)(Low-Power Design)是許多設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的問(wèn)題，其原因在于嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于便攜式和移動(dòng)性較強(qiáng)的產(chǎn)品中去，而這些產(chǎn)品不是一直都有充足的電源供應(yīng)，往往是靠電池來(lái)供電，所以設(shè)計(jì)人員從每一個(gè)細(xì)節(jié)來(lái)考慮降低功率消耗，從而盡可能地延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。事實(shí)上，從全局來(lái)考慮低功耗設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了一個(gè)越來(lái)越迫切的問(wèn)題。
二、如何降低5G基站的功耗?
首先，基站功耗主要來(lái)自于射頻單元，而射頻單元中功耗占比最高的就是功放。功放對(duì)一定范圍內(nèi)的輸入信號(hào)能夠進(jìn)行線性放大，而超過(guò)這個(gè)范圍的輸入信號(hào)會(huì)被失真放大，從而導(dǎo)致功放效率降低。為了提升功放效率，通過(guò)專門(mén)優(yōu)化的數(shù)字預(yù)糾偏算法(DPD)，對(duì)功放的非線性放大區(qū)進(jìn)行預(yù)糾偏，能夠使功放效率得到大幅提升。那么不難看出，DPD算法的優(yōu)劣將會(huì)直接影響5G基站功耗效率。
其次，基站功耗與工作溫度也密切相關(guān)。通常，工作溫度越高，器件的漏電流越大，基站功耗也就越大。通過(guò)引入先進(jìn)的散熱技術(shù)，能夠有效控制基站工作在合理的溫度范圍內(nèi)，保證基站的功耗效率。
此外，基站的數(shù)據(jù)處理部分也占用了較多的功耗開(kāi)銷(xiāo)，這一部分也存在較大的優(yōu)化空間。通常，業(yè)內(nèi)廠商針對(duì)成熟的商用產(chǎn)品，都會(huì)考慮采用專用集成電路(ASIC)芯片替代現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)芯片，用以降低功耗并提升運(yùn)算效率。
而第二個(gè)問(wèn)題，如何評(píng)估5G基站功耗是準(zhǔn)確的，關(guān)鍵點(diǎn)還是在于測(cè)試條件的統(tǒng)一。因?yàn)?G基站功耗與多個(gè)測(cè)試因素相關(guān)，任一因素的改變就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)較大的變化。那么，5G基站功耗到底與哪些測(cè)試因素有關(guān)呢?
1. 發(fā)射功率：發(fā)射功率越低，基站功耗越低。以20%的功耗效率為例，減少40W的發(fā)射功率將降低200W的功耗。
2. 業(yè)務(wù)負(fù)載：基站的業(yè)務(wù)負(fù)載越高，調(diào)用的物理資源(PRB)就越多，功耗也就越大。如業(yè)務(wù)負(fù)載為100%時(shí)的基站功耗就遠(yuǎn)大于業(yè)務(wù)負(fù)載為30%時(shí)的基站功耗。
3. 環(huán)境溫度：環(huán)境溫度升高會(huì)導(dǎo)致基站工作溫度升高，如前文所述，工作溫度升高則導(dǎo)致器件的漏電流增大，進(jìn)而導(dǎo)致基站功耗增加。
4. 支持功能：基站支持的功能不同，也會(huì)導(dǎo)致基站功耗存在差異。例如，如果廠商考慮了基站后續(xù)的擴(kuò)展能力，對(duì)電源、散熱以及計(jì)算能力等方面做了預(yù)留。那么，相對(duì)于無(wú)擴(kuò)展能力的基站，功耗也一定會(huì)有所提升。
其實(shí)，廠商5G功耗的最優(yōu)之爭(zhēng)在集采測(cè)試時(shí)自然會(huì)有定論。為了保證集采測(cè)試結(jié)果是公允可信的，運(yùn)營(yíng)商集團(tuán)公司會(huì)集結(jié)大量資深專家，采取嚴(yán)格的環(huán)境和平臺(tái)審查標(biāo)準(zhǔn)，用多樣本多用例的測(cè)試來(lái)試探各廠家基站功耗的最真實(shí)水平。這樣不僅僅有助于運(yùn)營(yíng)商做出正確的判斷，同時(shí)也將激勵(lì)廠商不斷創(chuàng)新，從而推進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)的正向發(fā)展。
