Marvell ebnet weiterhin den Weg zur Cloud

Jul 08, 2023

Da Open-Source-Software in Netzwerkumgebungen Einzug hält, ist der Bereich der Radio Access Networks (RAN) reif für Innovationen. Dienstanbieter, Telekommunikationsbetreiber und Unternehmen beginnen, Marktchancen für Cloud-native offene RAN-Technologien in verschiedenen Anwendungsfällen, einschließlich 5G und dem Netzwerk-Edge, zu erkennen.

Die Entwicklung von 5G-Netzwerken hin zu Cloud-nativen Architekturen mit offenem RAN nutzt IT- und Cloud-Funktionen, die von den Hyperscalern über viele Jahre hinweg perfektioniert wurden. Marvell, ein Hersteller von Halbleitern für die Dateninfrastruktur, befindet sich mitten in diesem entscheidenden Übergang als Lieferant optimierter Siliziumkomponenten für RAN- und Cloud-Anbieter.

Auf dem diesjährigen Mobile World Congress stellte Marvell ein neues Mitglied seiner OCTEON 10 Fusion-Familie von Basisbandprozessoren für 5G-Basisstationen vor, die auf 5-nm-Prozesstechnologie basieren. Mit OCTEON 10 Fusion beginnt Marvell mit der OCTEON 10 DPU, begrenzt die Anzahl der CPU-Kerne und nutzt den Platz für DSP-Kerne, Beschleuniger für Massive MIMO und andere Basisstations-zentrierte Technologie. Das Endergebnis ist ein Chip, der sowohl die Kerntechnologie nutzt als auch für einen großen Markt optimiert ist. Die Basisbandplattform OCTEON 10 Fusion wird Anwendungsfälle für die traditionelle RAN-Architektur sowie offenes, virtualisiertes RAN unterstützen. Optimierung hat ihre Fans. Der ReefShark-Chipsatz von Nokia umfasst OCTEON 10 Fusion und OCTEON 10-Technologie. Samsung und Dell haben es ebenfalls für ihre 5G-Angebote übernommen.

Die Entwicklung von RAN

Ein traditionelles RAN ist ein Mobilfunkmast mit einer Antenne oben und einer Basisstation unten. Die Basisstation besteht aus zwei Hauptkomponenten: der Remote Radio Unit (RRU) und der Baseband Unit (BBU). Eingehende Signale von Endbenutzergeräten werden von der Basisstation in Daten umgewandelt und an das Kernnetzwerk übertragen.

Ein herkömmliches RAN umfasst geschlossene und proprietäre RRU- und BBU-Hardwarearchitekturen, was zu einer Anbieterbindung führt. Virtualisiertes RAN (vRAN) ist eine Abkehr von proprietärer Ausrüstung hin zu kommerzieller Standardhardware (COTS), die ihre Aufgaben in Software mithilfe virtueller Netzwerkfunktionen (VNF) ausführt.

Open RAN verfügt über eine Reihe standardisierter und interoperabler Schnittstellen, sodass Betreiber die für sie besten Optionen auswählen können, sei es COTS, Beschleuniger oder Cloud-Anbieter. Open RAN ermöglicht es Betreibern, Software von Hardware zu entkoppeln, was die Migration zu einem Cloud-nativen Modell erleichtert.

Die Virtualisierung des Kernnetzwerks gibt es schon seit einiger Zeit, aber die kritische und anspruchsvolle Natur der RAN-Workloads hat vRAN und Open RAN zurückgehalten. Die Komplexität liegt in der Layer-1-Verarbeitung (L1; die physikalische Schicht oder PHY), der einzigen Schicht im OSI-Modell, die mit tatsächlicher Hardware, Übertragungs- und Signalisierungsmechanismen interagiert.

Die BBU verfügt über zwei Funktionseinheiten: eine verteilte Einheit (DU) für Echtzeit-L1- und L2-Planungsfunktionen und eine Zentraleinheit (CU) für Nicht-Echtzeit-, höhere L2- und L3-Funktionen. Die Funkeinheit (RU) verwaltet die DFE-Teile (Digital Front End) der Schicht 1 sowie die digitale Beamforming-Funktionalität (eine Technik, die ein drahtloses Signal mithilfe mehrerer Antennen auf ein bestimmtes Empfangsgerät fokussiert).

Betreiber können CU-Funktionen auf Allzweck-Hardware in der Cloud virtualisieren. Angesichts der Anforderungen großer Bereitstellungen und der L1-Verarbeitung erfordern DU- und RU-Funktionen eine geringe Latenz, niedrige Kosten und einen geringen Stromverbrauch.

Die Basisbandplattform OCTEON 10 Fusion von Marvell unterstützt Anwendungsfälle von RU und DU sowohl für traditionelle RAN-Architekturen als auch für offenes, virtualisiertes RAN. So wie SmartNIC-Beschleuniger die Effizienz und Flexibilität für Netzwerk, Sicherheit und Speichervirtualisierung im Rechenzentrum verbessern, schafft OCTEON 10 Fusion Leistungsvorteile, indem es L1-Funktionen vom Hostserver auslagert.

Die effektivste Möglichkeit für Betreiber, Energie zu sparen, ist das RAN, da sie normalerweise so viele Basisstationen bereitstellen müssen. Tatsächlich ist die Begrenzung des Stromverbrauchs von entscheidender Bedeutung, wenn Betreiber vRAN- oder Open-RAN-Lösungen bewerten. Marvell hat in der OCTEON 10 Fusion-Plattform ein fortschrittliches Energiemanagement implementiert, das in einem breiten Spektrum von 5G-Anwendungsfällen die beste RAN-Leistung pro Watt seiner Klasse liefert.

Ein großes Ökosystem mit Anbieterauswahl

Die O-RAN Alliance, an der Marvell aktiv beteiligt ist, hat die Aufgabe, die Anbieterbindung zu beseitigen, indem sie standardbasierte Schnittstellen zwischen RAN-Komponenten, nämlich RU, DU und CU, bereitstellt. Kubernetes und eine Service Management and Orchestration (SMO)-Plattform kümmern sich um die cloudnative Containersoftware und die Automatisierung von RAN-as-a-Service.

Marvell arbeitet eng mit vielen Cloud- und Carrier-Ökosystempartnern zusammen, um Open RAN auf den Markt zu bringen. Die Zusammenarbeit ermöglicht es Betreibern, erstklassige L1-Hardware und -Software verschiedener Anbieter in einer offenen, standardbasierten Plattform zu kombinieren, die in den PCIe-Steckplatz jedes x86- oder Arm-basierten Hostservers in einem Carrier- oder Cloud-Rechenzentrum integriert werden kann.

Beispielsweise verfügt das OCTEON 10 Fusion über spezielle Beschleuniger, die für die Verarbeitung komplexer 5G-Massive-MIMO-Beamforming-Algorithmen optimiert sind. (MIMO steht für Multiple-Input, Multiple-Output). Marvell hat sich mit Analog Devices zusammengetan, um ein RU-Referenzdesign mit dem OCTEON 10 Fusion-Chip zu entwickeln, das 32T32R-Antennen mit 400 Megahertz Betriebsbandbreite und 300 Megahertz Momentanbandbreite unterstützt und so bis zu 40 % Einsparungen beim Stromverbrauch ermöglicht.

Überwindung des Widerstands gegen Cloud-natives Open RAN

Es steht außer Frage, dass RAN sich weiterentwickeln muss, um mit dem Branchenwachstum Schritt zu halten und das Versprechen neuer 5G-basierter Dienste einzulösen. Die Trennung der RAN-Software von der Hardware und die Bereitstellung und Bereitstellung der Software in der Cloud ist ein natürlicher erster Schritt.

Bedenken Sie, dass RAN, obwohl es sich in der Regel um eine nicht ausreichend genutzte Ressource handelt, für Telekommunikationsbetreiber der bedeutendste Bereich von CapEx und OpEx ist. Die Verlagerung von RAN in die Cloud bringt alle Vorteile des Cloud Computing mit sich und bündelt Ressourcen mit höheren Auslastungsraten in einer gemeinsam genutzten Cloud-Infrastruktur, was zu potenziell enormen Einsparungen führt. Die neue Octeon 10 Fusion-Plattform von Marvell passt wunderbar in diese Vision, da sie Cloud-Skalierbarkeit ermöglicht und die größten Cloud-Orchestrierungs- und Verwaltungssoftwareplattformen mit Funktionen, Leistung und Energieeffizienz integriert, die den modernsten 5G-Netzwerken von heute ebenbürtig sind. Dies ermöglicht eine viel einfachere Migration auf der Grundlage der gleichen bewährten Silizium- und Softwarekomponenten.

Allerdings befinden wir uns noch im Anfangsstadium der Umstellung auf cloudbasiertes RAN. Es besteht die reale Gefahr, dass offene Systeme zu Fragmentierung und mangelnder Interoperabilität führen könnten; In diesem Szenario hätten die Betreiber durch schlecht implementierte RAN-Einsätze viel zu verlieren. Für Risikoscheue könnte die Verwendung eines einzigen Anbieters für die End-to-End-RAN-Architektur immer noch viel einfacher, schneller und sicherer erscheinen.

Es sind auch Leistungsaspekte zu berücksichtigen. Allzweckprozessoren können die Anforderungen eines RAN oder eines Massive MIMO nicht bewältigen. Es ist möglich, eine Allzweck-CPU mit Look-Aside-Beschleunigern – seien es FPGAs, GPUs oder ASICs – zu erweitern, um die anspruchsvollsten Aufgaben zu entlasten. Doch vorerst ist dieser Ansatz weiterhin kostenintensiv und energiehungrig.

Dennoch besteht Konsens über die Vorzüge einer dedizierten, optimierten Silizium-Inline-Beschleunigung zur Bewältigung des gesamten Datenflusses und der Funktionen. Der Marvell Octeon 10 Fusion ist ein hervorragendes Beispiel für einen optimierten Inline-Beschleuniger in diesem Sinne. Es ist CPU-unabhängig und ermöglicht RAN-Software auf Basis von Open-Source-Schnittstellen nach Industriestandard. Am wichtigsten ist, dass die Inline-Hardwarebeschleunigung im Vergleich zu bestehenden 5G-Netzwerken Funktions-, Leistungs- und Leistungsparität bietet.

Der Weg der Computerindustrie von geschlossenen zu offenen Systemen dauerte Jahrzehnte und es gab viele gescheiterte Versuche, bevor Linux und Cloud-Technologien auf den Markt kamen. Wir sehen gute Fortschritte dieser Art bei der O-RAN Alliance, zu der 300 Betreiber, Anbieter sowie Forschungs- und akademische Einrichtungen gehören, die sich auf die Interoperabilität und Standardisierung von RAN-Elementen konzentrieren, einschließlich Verbindungsstandards für Hardware und Open-Source-Softwareelemente zwischen Anbietern. Marvell leistet einen wichtigen Beitrag zur Allianz und seine neue Plattform bietet einen Vorgeschmack darauf, was möglich sein wird, wenn die Mobilfunkbranche als Ganzes offene Systeme einführt.

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Patrick Moorhead, Gründer, CEO und Chefanalyst von Moor Insights & Strategy, ist Investor in dMY Technology Group Inc. VI, Fivestone Partners, Frore Systems, Groq, MemryX, Movandi und Ventana Micro.