5G是未来的无线通信技术，它正在快速发展。

该技术拥有非常高的数据传输速率，比4G LTE低得多的延迟，并且能够让每个蜂窝站连接更多的设备。简而言之，5G是承载汽车，物联网设备中的传感器以及越来越多的下一代电子产品所产生大量数据的最佳通信技术。

推动这种技术发展的是一种新的无线电空中接口，它将使移动网络运营商能够在同样的频谱分配中实现更高的效率。新的网络层次将有助于实现5G的分片化网络，允许根据特定流量需求动态分配多种流量。

“这关乎容量和延迟，” Cadence的定制IC和PCB组的RF解决方案架构师Michael Thompson说：“这关乎我能以多快的速度获取大量数据。它的另一个好处是，由于是一个动态系统，所以它可以让我不必占用整个频道或多个频道的带宽。这有点像带宽点播，取决于应用对带宽的需求。这样，它比上一代标准更加灵活，容量也”高得多。“

这为家庭、体育赛事以及工业和交通领域开辟了新的应用。 Thompson said.说：“如果在飞机上有足够的传感器，我就可以监控它，通过机器学习应用程序，我们就知道什么时候需要维修或更换部件或系统。所以，当飞机飞越了整个国家，将在拉瓜迪亚机场降落，在到达那里之前，会有信息显示某个部件的磨损迹象。当飞机着陆的那一刻，备用零件已经就绪了，且有人会进行替换。这套对系统实施自监控的系统对于非常大型的土方设备和采矿设备也是很有价值的，。我们通常需要要防止这些价值数百万美元的设备出现故障时不会坐等零件而延迟了维修时间。’如果如果如果需要快速的接收到这些由传感器产生的海量数据，那就需要大带宽和低延迟的支持。“

一种技术，多种实现方式

目前，‘5G’这个术语的使用方式有很多种。Arm基础设施业务部门无线营销总监Colin Alexander解释说：“它的最通用形式是蜂窝无线技术，它允许通过标准驱动的无线接口管理新业务。多个现有的和新的频谱将被分配用于承载1GHz以下用于城市郊区有较长距离、较大覆盖范围的频段，，以及从26到60GHz面向高容量、低延迟应用的毫米波频段”。

下一代移动网络联盟(NGMN)和其他组织设计了一个模型，将应用实例映射到三角形的三个点上—— 一个角代表增强的移动宽带，一个代表超可靠、低延迟通信(URLLC)，第三个为大规模的机器间通信。每一种都需要不同的网络来满足他们的需求。

“这导致了在定义5G的核心网络时需要考虑其他各种需求 -，”Alexander说，“核心网将具备可扩展的能力，用以有效承载所有不同的流量类型。”

他指出，移动网络运营商正试图确保他们能够尽可能灵活地升级和扩展网络，这一目标可以利用运行在云上的商用计算硬件上的虚拟化软件实现。

涉及URLLC流量类型的应用，现在可以通过云来管理这些应用程序，但这要求将一些控制和用户功能移动到更靠近网络边缘的地方，靠近无线空中接口。例如，工厂中的智能机器人，出于安全性和效率的原因，需要低延迟网络。Alexander表示，这就需要边缘计算机，每个计算机都具有计算、存储、加速和机器学习功能，用以在网络边缘实现通信与信息处理。有一些但不是所有的V2X和汽车应用服务都会有类似的需求。

“在要求低延迟的情况下，再次处理可能会被推到边缘，以便允许计算和中继V2X决策。如果应用与停车或制造商跟踪等资源管理更相关，那么计算可能发生在云中的计算设备上，“Alexander说。

针对5G的设计

对于负责设计5G芯片的工程师来说，他们需要处理很多难题。这些问题都有很强的不确定性较，每个问题都有自己的一套限制条件。例如，在基站端需要解决的主要问题之一是功耗。

Flex Logix公司首席执行官Geoff Tate表示：”大多数基站正在使用基于先进工艺节点设计的ASIC和FPGA，还有SerDes，它消耗了大量的功率并占用了不少面积。如果可以将可编程性集成到ASIC中，就能够降低功耗和所占用的面积，因为不需要在芯片之外快速运行SerDes来实现片间通信，并且可编程逻辑和ASIC之间提供更大的带宽。英特尔已经实现了至强系列处理器和Altera FPGA在同一封装内部的集成化。采用这种方式可以提升100倍的带宽。”

对于要部署在核心网络或云中的设备，要求是不同的。其中一个关键考虑因素是架构允许轻松部署管理软件，且应用可轻松移植到设备上。

Arm公司的 Alexander表示：“处理虚拟化服务的标准生态系统非常重要，例如OPNFV(网络功能虚拟化开放平台)。通过协调服务来管理网络元素之间的交互和流量流也将是关键。ONAP(开放式网络自动化平台)就是一个例子。功耗和设备效率也是设计的关键考量因素。”

在网络边缘，要求低延迟、高用户吞吐量和低功耗。

Alexander说：“我们需要能够轻松支持多种加速器来应对不同计算需求，因为这些需求不一定能在通用CPU中高效处理。通过多个芯片或机箱安装设备来实现SoC器件之间的扩展非常重要。研究一种可以支持基于ASIC、ASSP和FPGA的不同设计之间实现轻松扩展的体系结构也很重要，因为边缘计算可能被设计成各种尺寸或形式的设备在网络中进行部署。此外，软件可扩展性也很重要。“