作者：Linley Gwennap

對于第二代 5G 基帶，CEVA 努力做減法，而不是加法。最初的 PentaG 設計已經提速到 10Gbps，這是我們預計 5G 能達到的最高速度。因此，對于 PentaG2，公司專注于降低每比特能耗，限制耗熱量并幫助智能手機用戶延長電池續航時間。新設計還適合在筆記本電腦、平板電腦、手機熱點和車載通訊系統等產品中使用，而不局限于電話。它可以縮減到“精簡”配置，適合低數據速率設備，如資產跟蹤器、智能儀表和遠程傳感器。

CEVA 于 2018 年推出了 PentaG，至今，它仍然是唯一可獲授權的 5G 基帶設計，提供完整的第 1 層硬件和軟件。新版本通過增加硬件加速器，完全分流 DSP 的數據平面處理，從而提高原始版本的性能。與在軟件中運行等效功能相比，這類加速器的功耗更低。首批客戶已開始使用 PentaG2-Max 和 PentaG2-Lite 進行設計；預計今年晚些時候將開始試產芯片。生產 RTL 一般在第三季度提供。

Unisoc 和 Samsung 已授權使用 CEVA 的 LTE 基帶，但尚無智能手機客戶宣布他們正在使用 PentaG。因此，DSP 許可方正在將其影響力擴展到手機之外，AutoTalks 和 Sequans 等供應商已經集成其 5G 設計。如圖 1 所示，非手機市場去年消費超過 5 億件，幾乎是手機市場的一半，預計 2026 年將接近 8 億。當前設備大多數采用標準蜂窩調制解調器，但越來越多的設備使用低數據速率 LTE 協議，例如 1 類、M 類和 NB-IoT。PentaG2-Lite 面向 5G 低容量 (RedCap) 調制解調器，我們預計這將在本十年中期開始在某些設備中取代 1 類。

PentaG2 自動處理數據平面

原始 PentaG 配備多種硬件加速器，包括Polar和 LDPC 編解碼器、矢量乘法累加 (MAC) 引擎以及 FFT 和 DFT 加速器（請參閱 MPR 3/12/18，“CEVA PentaG 為 5G 基帶新增人工智能”）。盡管這些加速器分流了許多常見 5G 操作，但 DSP 軟件仍必須執行數據平面。因此，基帶需要兩個高性能的 CEVA-XC4500 DSP 才能實現 10Gbps 的吞吐量。

圖 1：非手機設備出貨量（全球）。資產跟蹤器、車輛跟蹤器和智能儀表的增長將推動低數據速率 LTE 1 類、M 類和 NB-IoT 設備的出貨量增加。*包括平板電腦、熱點和 CPE；?僅限遠程通信。（數據來源：Techno Systems Research）

價格和可用性

● 最初的 PentaG2-Max 和 PentaG2-Lite RTL 面向領先客戶；CEVA 預計在 2022 年第三季度進行一般性 RTL 供貨。公司已預扣許可費。有關詳細信息，請訪問www.CEVA-dsp.com/product/CEVA-pentag。

對于 PentaG2，CEVA 設計了一組硬件單元，旨在執行所有基本的 5G 數據平面功能。此結構創建了一個自主數據平面，可直接處理來自射頻 (RF) 子系統的傳入數據，并將其轉換為數據流，或在傳輸數據時反向處理。這些單元在沒有軟件監督的情況下將數據從一臺設備傳輸到另一臺設備；傳輸和接收單元甚至配備 DMA 引擎，可直接將數據移入和移出內存。

為啟動解調（接收）流程，均衡器會均衡多達 64x64 元素的任何通道矩陣的頻率響應。比特解調器通過執行 QAM 解映射、最大似然解碼 (MLD)、解擾和解交織來將傳入符號轉換為比特。HARQ 單元會檢查數據包錯誤并指示何時需要重新傳輸。LDPC 和渦輪解碼器處理正向糾錯 (FEC)。傳輸流程與此流程相反，通過添加FEC 代碼，將比特流調制為 RF 前端符號。

客戶可以使用軟件對這些單元進行專有技術配置；他們可以更改數據流，甚至可以在軟件中執行該功能時繞過單元。

圖 2：CEVA 的 PentaG2-Max。全新 5G 基帶在硬件中整合完整的調制器和解調器，分流軟件處理數據平面。AXI 矩陣連接所有單元。PentaG2-Lite 省略了虛線塊并縮減其他塊。

這種方法可充分降低使用硬件設備時的功耗，為客戶創造優勢。

將 AI 用于 5G

如圖 2 所示，PentaG2-Max 包括單一的 XC DSP，除了信道跟蹤和波束管理等高級功能外，還可處理信道估計。它延續了原始 PentaG 的 AI 功能，運行一個小型神經網絡，監控信道狀態信息 (CSI)，并根據需要提供信道更改建議（例如切換到其他天線）。為了充分降低這種神經網絡的功耗，該設計內置一個小型深度學習加速器 (DLA)，每秒可運行數十億次操作。在傳輸方面，XC DSP 在交付到硬件數據平面之前執行序列生成。

兩個小型 CEVA-BX2 DSP 充當 PHY 控制器。三個 DSP 中的每一個都有自己的指令和數據內存，然后它們共享更大的二級高速緩存。客戶可以配置這些內存的大小，甚至可以添加或刪除 DSP 內核以滿足性能和功能要求。與 PentaG 一樣，DSP 可以訪問額外的卸載引擎：極性編碼器/解碼器（適用于 5G 控制信道上的 FEC），具有 64 個 MAC 單元的矢量協處理器，以及處理各種規模 FFT 和 DFT 的多基數轉換引擎。PentaG 大量使用矢量和轉換引擎，但新設計將其大部分工作負載轉移到硬件數據平面。

Lite 版本減少了能耗

雖然最初的 5G 規范目標是實現高數據速率，但 3GPP 現在正在為低成本 5G 調制解調器制定規范。具體而言，即將發布的 Release 17 定義了限制數據速率以降低成本的 RedCap 設備（請參閱 MPR 2/14/22，“5G Release 17 簡化了 IoT 調制解調器”）。例如，大多數 5G 調制解調器必須處理 100MHz 信道，而 RedCap 調制解調器限制為 20MHz，帶寬與 LTE 相同。將支持的調制限制為 QAM-64 可進一步簡化 RedCap 設計，同時將最大數據速率保持在 85Mbps，約為 5G 峰值數據速率的 1%。

RedCap 是 LTE 1 類調制解調器的升級版，支持高達 10Mbps 的速率。LTE 1 類部署不斷增加，取代了較舊的 2G 和 3G 設備，連接速度更快且成本低廉。RedCap 可以處理高清視頻和其他數據密集型應用程序，例如支持視頻亭。

為滿足 5G RedCap 設計要求，PentaG2-Lite 的配置減少了數據平面加速器的芯片面積，從而匹配較低的數據速率。此外，它還縮減了共享高速緩存（提供 HARQ 緩沖區），并消除了三個 DSP 中的兩個，即 DLA 和矢量 MAC 單元，如圖 2 所示。其余的 BX2 DSP 不僅可以監視數據平面，還可以運行整個 5G 協議堆棧。為了達到最大數據速率，PentaG-Max 需要額外的 CPU（例如，四核 Cortex-A55）來處理第 2 層協議。

為了進一步降低成本和功耗，LTE 定義了 M 類和 NB-IoT（請參見 MPR 8/31/15，“低速率 LTE 提供 IoT WAN”），支持低至 1.4MHz 的信道和低至 60kbps 的數據速率。雖然 3GPP 可能在 Release 18 中解決了這一問題，但初始 RedCap 調制解調器在此細分市場中不具競爭優勢。同時，CEVA 推出 Dragonfly 基帶設計以支持這些小型設備（請參閱 MPR 7/9/18，“CEVA 升級 NB-IoT 平臺”）。

5G，低功耗

為了支持基帶設計，CEVA 提供了主數據和控制信道的完整參考代碼以及一些附加功能，例如信道估計。此代碼處理 LTE 和 5G Release 16，包括上行鏈路、下行鏈路以及主控制信道。獲授權廠商必須完成第 1 層軟件；他們還可以修改參考代碼以添加差異化功能，同時利用 CEVA 廣泛的 DSP 代碼庫和開發工具。供應商還提供基帶模擬器模型和測試代碼。

PentaG 和新的 PentaG2 是市場上唯一可獲授權的 5G 基帶。CEVA 的主要競爭對手是內部設計；Qualcomm 和 MediaTek 等公司有足夠的空間來創建自己的高速基帶，將現成的 CPU 和 DSP 與自定義硬件和軟件相結合。這些大型供應商已經做出 5G 選擇，因此競爭已經結束。Qualcomm 也是 PC、汽車和類似應用中高速蜂窩調制解調器的領先供應商。

PentaG2-Max 為 CEVA 的智能手機客戶帶來了重大改進，增加了 Release 16 功能，同時顯著降低了功耗。它是原始 PentaG 的一次飛躍性改進，將許多數據平面功能從軟件遷移到硬件，以降低能耗。但是，它仍然保留了靈活性，以實現客戶差異化和兼容未來的 Release 17 擴展。隨著芯片供應商改進其內部基帶，CEVA 必須跟上獲授權廠商的步調。

借助 PentaG2-Lite，CEVA 有機會在現有 LTE 獲授權廠商和新公司之中擴大 IoT 客戶群。由于 IoT 市場的出貨量和價格較低，這些供應商的收入比主要智能手機廠商要少得多，因此他們無法承受自己設計硬件的成本，更不用說設計完整的軟件堆棧。PentaG2-Lite 是一款完整但可定制的設計，非常適合這類客戶。盡管我們預計 Release 17 Red-Cap 調制解調器在 2025 年之后才會面市，但新的基帶設計為這一轉變奠定了基礎。