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，在不同的電子產(chǎn)品中，低功耗的設(shè)計往往存在一些差異。為增加大家對功耗的認識，本文將首先闡述低功耗的一些概念，進而討論如何降低5G基站的功耗。

一、低功耗引言

目前的低功耗設(shè)計主要從芯片設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計兩個方面考慮。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)計中的一個重要考慮因素。為了使產(chǎn)品更具競爭力，工業(yè)界對芯片設(shè)計的要求已從單純追求高性能、小面積轉(zhuǎn)為對性能、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)計對降低整個系統(tǒng)的功耗具有重要的意義。

在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，低功耗設(shè)計(Low-Power Design)是許多設(shè)計人員必須面對的問題，其原因在于嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于便攜式和移動性較強的產(chǎn)品中去，而這些產(chǎn)品不是一直都有充足的電源供應(yīng)，往往是靠電池來供電，所以設(shè)計人員從每一個細節(jié)來考慮降低功率消耗，從而盡可能地延長電池使用時間。事實上，從全局來考慮低功耗設(shè)計已經(jīng)成為了一個越來越迫切的問題。

二、如何降低5G基站的功耗?

首先，基站功耗主要來自于射頻單元，而射頻單元中功耗占比最高的就是功放。功放對一定范圍內(nèi)的輸入信號能夠進行線性放大，而超過這個范圍的輸入信號會被失真放大，從而導(dǎo)致功放效率降低。為了提升功放效率，通過專門優(yōu)化的數(shù)字預(yù)糾偏算法(DPD)，對功放的非線性放大區(qū)進行預(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。通過引入先進的散熱技術(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銷，這一部分也存在較大的優(yōu)化空間。通常，業(yè)內(nèi)廠商針對成熟的商用產(chǎn)品，都會考慮采用專用集成電路(ASIC)芯片替代現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片，用以降低功耗并提升運算效率。

而第二個問題，如何評估5G基站功耗是準(zhǔn)確的，關(guān)鍵點還是在于測試條件的統(tǒng)一。因為5G基站功耗與多個測試因素相關(guān)，任一因素的改變就會導(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)負載：基站的業(yè)務(wù)負載越高，調(diào)用的物理資源(PRB)就越多，功耗也就越大。如業(yè)務(wù)負載為100%時的基站功耗就遠大于業(yè)務(wù)負載為30%時的基站功耗。

3. 環(huán)境溫度：環(huán)境溫度升高會導(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)的擴展能力，對電源、散熱以及計算能力等方面做了預(yù)留。那么，相對于無擴展能力的基站，功耗也一定會有所提升。

其實，廠商5G功耗的最優(yōu)之爭在集采測試時自然會有定論。為了保證集采測試結(jié)果是公允可信的，運營商集團公司會集結(jié)大量資深專家，采取嚴(yán)格的環(huán)境和平臺審查標(biāo)準(zhǔn)，用多樣本多用例的測試來試探各廠家基站功耗的最真實水平。這樣不僅僅有助于運營商做出正確的判斷，同時也將激勵廠商不斷創(chuàng)新，從而推進5G產(chǎn)業(yè)的正向發(fā)展。