5G意味著資料中心平臺必須發展

無縫5G實施的基礎

5G是蜂窩網路連線的下一個前沿，但新一代5G承諾的不僅僅是更快的下載速度和更低的延遲。5G預計將提供更高的頻寬和更全面的覆蓋，這將為手機以外的連線開闢各種新的用例，從膝上型電腦和手持物聯網(IoT)裝置到汽車和大規模工業應用。據行業預測，到本世紀20年代中期，隨著不相容5G網路的4G裝置的遷移，5G使用者將增加超過10億。

然而，向5G過渡將需要對新的蜂窩基礎設施進行重大投資。5G架構將與之前的實現發生重大變化。推動這些變化的是第四代5G演進而來的一些關鍵特徵。我們將回顧這些關鍵特徵，然後看看這些特徵將如何影響典型5G系統的資料平臺架構，並探討不同級別資料平臺的實現選項，然後確定典型的實現選項。另外，還將詳細研究一箇中端資料平臺的例子，以確定關鍵的設計選擇和權衡。

5G特性驅動實施架構

低頻段5G基站的執行頻率範圍與4G手機類似(從600MHz到850MHz，並提供類似的範圍和下載速度(30Mbit/s到250Mbit/s)。因此，低頻段5G在世界許多地區已經被淘汰。5G中頻發射塔採用大約2.5GHz到3.7GHz之間的微波，顯著提高了下載速度到100Mbit/s- 900mbit /s範圍，同時擴大了幾英里的覆蓋範圍。中頻段5G發射塔已經成為大城市和其他人口密集地區的標準，並可能很快成為全球標準。

高頻段5G目前執行在25GHz-39GHz範圍內，下載速度與有線網路服務類似，約為1Gbps。然而，高頻段5G也有侷限性。25GHz-39GHz範圍是毫米波(mmW)波段的低端。毫米波的覆蓋範圍比微波更有限，這意味著高頻段5G將需要更多更小的基站來覆蓋與中頻段5G相同的區域。

另外，牆壁或家用電器等物理障礙也可能限制5G高頻段連線。毫米波也不能很好地處理固體物體。高頻段5G技術的成本也比低頻技術高得多。因此，在不久的將來，高頻段5G可能會侷限於音樂會場館和體育場等相對開放的大型設施。

5G資料平臺金字塔

在確定具體實施的5G層次級別時，必須考慮覆蓋範圍、所需的下載速度和成本效率等因素。5G分散式資料平臺將資料處理、儲存和通訊置於不同的架構層次，以優化成本、功耗、網路效能、操作距離和使用者特性。最靠近網路邊緣的是小型的微型平臺，它們在建築物或設施內覆蓋很小的距離(幾十米)。常見的例子包括建築自動化、安全、工廠樓層模組監控和控制。在邊緣裝置之上的層次是聚合平臺，將所有邊緣裝置縫合在一起，並在大約100M的距離上鞏固和優化資料流量。這些裝置通常位於建築物或小型校園層面，可以分析、過濾、組合和優先考慮通訊，有時還會與人工智慧(AI)結合。

中間平臺位於大規模中央資料中心(核心)之下，以提供更快的響應。這些響應通常是由核心選擇並定期更新的基於演算法的。這些平臺為靠近邊緣的平臺提供了所需的實時控制。來自這些平臺的資料分析和跟蹤可以為平臺提供商提供價值和新的收入流。從預測性維護、材料跟蹤和路由、系統管理和資料流量負載平衡等操作中節省的成本可以回饋給使用者(可能收取訂閱費或節省的百分比)。

大資料運營執行在核心資料中心平臺上。這些海量資料處理和儲存設施儲存了多年的歷史操作和複雜的機器學習演算法，這些演算法提供了優化過濾器和過程，為快速響應程式設計中間平臺併為客戶增加價值。

評估不同型別的資料中心平臺

在5G層次結構的每一層，設計師都會遇到不同的需求和權衡:

小型平臺是系統中成本、佔地面積和功率受限制最大的部分。它們需要易於安裝，並且需要一個適中的生命週期，因為每個聚合平臺都需要多個。這裡可以使用基於mcu的實現，因為它們成本低、功耗低、佔用空間小，同時在靈活性和處理能力方面做出了一些較小的犧牲。

聚合平臺需要極大的靈活性、處理能力、中間儲存和安全性。基於現場可程式設計門陣列的實現可以提供最大程度的靈活性和處理能力，因為底層硬體可以根據新的協議、新的AI演算法或客戶的新價值增加的需要重新程式設計。

FPGA 還可以輕鬆擴充套件，允許供應商以不同的價格和價值點建立具有不同靈活性和處理能力水平的不同產品層。

中間平臺需要最高水平的原始處理能力、安全性和靈活性。成本、電力消耗和足跡是可以接受的犧牲。在這個層次上，記憶體保護單元(用於普通操作的原始處理能力)和 FPGA (用於靈活性和適應性)的混合組合將是最佳的實現方法。FPGA甚至可以根據需要實時重新程式設計，以響應對視訊處理、加密、解密、搜尋和過濾等重要功能日益增長的需求。人工智慧演算法甚至可以通過分析在入住率、交通模式、天氣等關鍵指標中找到的線索來預測這種需求。

聚合平臺是如何工作的

讓我們看看一箇中端功能聚合平臺，看看關鍵功能是如何在裝置中實現的。利用FPGA和片上微控制器允許裝置從MCU開始操作，為啟動和安全更新提供一個已知的安全起點。此信任根使用可靠且受保護的加密、解密和安全金鑰儲存操作，以阻止黑客和病毒接管系統。該MCU還可以處理標準操作，如通訊、分組處理、視訊處理、壓縮和儲存效率。片上FPGA硬體可以用於不太常見但處理功率高的操作，以保持MCU騰出時間進行必須及時完成的常見操作。

FPGA可以用於數字濾波、影像處理、影像識別和類似的特殊操作，也許可以與AI和機器學習演算法結合起來，在需要的基礎上預測和程式設計硬體。隨著時間的推移，可以從中間平臺和核心平臺識別、建立和下載新的演算法，進一步優化效能，為平臺提供商創造新的收入流，併為客戶節省成本。

5G將意味著雲、核心和邊緣的融合。但是，重要的是，每個元件都要執行在正確型別的基礎設施上，或者能夠訪問正確型別的基礎設施。核心總是需要的，即使是5G邊緣計算的重要性，但隨著5G連線的激增和支援5G的裝置數量的持續增長，對這些裝置的中小型分散式資料中心平臺的需求也會增加。從核心到邊緣的計算將是5g世界的標誌。這將是一個恆溫器、冰箱、飛機、火車和汽車都和手機一樣連線到同一個蜂窩網路的世界。