5G系统级芯片验证，通往新一代无线连接的捷径

短视频、在线游戏、自动驾驶、机器人制造…这些应用都需要依赖超大吞吐量。5G，凭借超高速度、超低时延、高覆盖密度，实现了更有效率以及更大规模的数据传输。如今，为了实现更顺畅的用户体验，越来越多的设备和系统连接到5G网络中，其中不乏自动驾驶汽车和医疗设施这种安全攸关的设备，对高可靠性和高服务质量也有极高要求，这不禁给基础设施带来了不小的压力，这些压力又进一步转至设备和系统制造商以及芯片供应商。

为了满足5G网络和应用的需求，四种新技术应运而生：

• 毫米波
• 波束赋形
• 大规模多输入多输出技术（MIMO）
• 小型基站

验证这些技术将是巨大挑战。今天我们将具体讨论如何有效执行5G O-RAN（开放式无线接入网络）系统级芯片的端到端测试。

四种5G新技术

首先让我们回顾一下四种5G新技术。

5G新无线电（NR）的频谱更宽，且细分为FR1（低于6 千兆赫兹）和FR2（24-54千兆赫兹）两个频段以适应千兆吞吐量。全球大多数运营商都实施了FR1，当需要更大的数据吞吐量时则必须使用更高的频率，因此大多数运营商已经或计划扩展FR2频谱，FR2即毫米波。

毫米波的射程有限，无法穿透使用致密材料的物体，如混凝土墙、汽车等。伴随5G技术的发展，波束控制和波束切换这一新概念出现，两者皆可通过波束赋形来实现。

波束赋形过程中需要使用多个辐射单元，这些单元组合在一起形成一个信号更强且指向更明确的天线。随着所组合的辐射单元增多，产生的波束将更加集中、更加强大，而产生的寄生信号则会减弱。波束赋形依赖于大规模MIMO，这涉及到部署具有数百个天线的射频单元（RU），这些天线可以形成和引导信号，从而在不增加频谱使用的情况下提高信噪比（SNR）。

小型基站是5G网络的应用扩展，服务于小范围的、用户密度较高的区域，射频功率输出、大小和范围都相对较低。

O-RAN联盟倡导开放、智能、虚拟化和完全互操作的无线电接入网络（RAN），以实现“更具竞争力、更具活力、可更快创新的供应商生态系统。”就5G而言，O-RAN联盟支持RU处理较低的PHY和RF功能，并负责如IQ解压、预编码或波束赋形等相对复杂的操作，以提高性能和频谱效率。

寻找5G SoC芯片的理想测试方案

与一般的互联网结构不同，在5G实现过程中，链路同步是要求，因为数据是通过上行链路和下行链路载波发送的，由此可引发一系列问题：用真实流量测试SoC设计的理想方法是什么？如何模拟SoC中负责管理复杂操作的模块？如何在符合O-RAN联盟标准的前提下进行？

使用适当的测试工具可以解决这些问题，物理测试仪便是其一。物理测试仪是一个体积较大、价格昂贵的盒子，带有一个背板和多个互联网端口，可以产生流量来测试每个端口的带宽，提供实时分析。在测试过程中，开发者必须运行不同的场景和不同的有效荷载。然而，当芯片设计过程中存在bug时，由于测试开发者无法对其精准定位，因此很难修复。比如说，当发送视频请求后，如果视频失真，那么问题是出在软件层重建视频阶段，还是SoC传输视频前缓冲内容阶段呢？即使测试开发者能够确定具体bug点位，仍然需要从头开始新一轮的芯片验证，更何况在给定的芯片设计中通常不止一个bug。

由于5G RU的复杂性，开发者需要新的测试功能来识别通信瓶颈。鉴于DU（分布式单元）和RU架构的模块化特性，系统验证越早实施越好。除此之外，开放协议还需要进行额外的合规、互操作和性能验证，因此为了加快上市时间，理想的方案是保持芯片验证前后环境的连续性。

在芯片流片前测试阶段，除了确保芯片按预期运行外，另一个目标是降低芯片设计返工的风险，因为设计返工成本高昂且耗时费力，通过模拟现实场景和精确定位设计bug来完成芯片前测试将有效加快上市。

首个5G O-RAN虚拟验证解决方案精准击破验证难题

为应对上述5G系统验证挑战，新思科技和O-RAN联盟成员是德科技联手创建了业界首个5G O-RAN虚拟验证解决方案。该解决方案提供了O-RAN下行链路/上行链路工作流和O-RU处理块的最大测试覆盖范围，并通过纳秒级性能分析，对以太网传输子系统进行了详细的设计验证。

是德科技的5G测试套件可以实现在设计阶段验证5G RU芯片，重点进行模数转换，测试IQ解压、预编码和数字波束赋形，在几分钟内生成符合行业要求的复杂场景，并且支持同步下行链路/上行链路业务，并为调试提供强大的结果分析。

新思科技则为该解决方案提供了强大的ZeBu®服务器仿真系统，用于流片前测试。ZeBu服务器在SoC验证和软件启动方面的仿真性能提高了两倍以上，并且将生成结果的时间从几个月缩短到了几天，大大提升了验证效率。

▲图1 先进封装的并行Die-to-Die接口标准 （来源：OCP Tech Week全球技术峰会，2020年11月）