英特爾Sachin Katti:虛擬化及開放式RAN已成未來趨勢

隨著數字革命愈演愈烈，全球對移動數據和服務的需求正在迅速增長。如今，智能手機已成為我們日常生活中不可或缺的一部分。在智能手機的加持下，我們可以通過拍照、瀏覽新聞和社交媒體或玩游戲等方式自娛自樂，還可以呼叫網約車等。當然，我們偶爾也會打電話。此外，憑借功能強大的軟件和“應用商店”，我們已經習慣在不進行手機升級的情況下獲得全新用戶體驗，這只需要我們下載或更新App即可。

那么，我們的網絡基礎設施是否也可以用類似方式通過軟件來定義？如果無線網絡（也就是將移動設備連接到日常使用的App和服務的網絡）可以通過簡單的軟件更新以相同方式進行升級，那會怎么樣？是不是難以置信？其實并沒有那么難，英特爾正在致力于與整個生態(tài)系統(tǒng)攜手，以充分實現這一未來愿景。

Sachin Katti，英特爾公司高級副總裁兼網絡與邊緣事業(yè)部總經理

十多年來，英特爾一直與生態(tài)伙伴及客戶合作，共同引領網絡轉型，以推動實現這一愿景。作為領先的4G和5G網絡芯片提供商，我們的使命是通過推動網絡轉型充分釋放網絡潛力，使其“虛擬化”并在軟件上運行。這為通信服務提供商在網絡構建中提供了可編程性和可升級性，從而使其能夠交付全新功能及服務——就像在智能手機或PC上完成簡單的軟件更新或下載全新App一樣。

如今，我們得以見證這些努力的最終回報。

以網絡的“大腦”——核心網為例：十多年前，幾乎沒有任何無線網絡能夠在通用可編程服務器上運行以軟件形式存在的核心網。傳統(tǒng)觀點認為，核心網無法由軟件定義，但英特爾迎難而上。我們設計的服務器和軟件正在助力網絡核心虛擬化，并使其以軟件的形式在通用服務器上運行。早在2020年，這種虛擬化核心網就已約占總部署量的一半，正在實現軟件定義網絡的愿景。根據Dell 'Oro的一份報告，預計到今年年底，虛擬化核心網將占總核心網部署量的90%以上¹，幾乎所有已知虛擬化網絡服務器都運行在英特爾的CPU上。

無線接入網（RAN）是網絡的另一個重要組成部分。事實上，當我們打電話、瀏覽網頁或使用App時，我們的手機直接與RAN進行通信。與十年前的核心網類似，傳統(tǒng)觀點認為，軟件定義RAN將極具挑戰(zhàn)性。當下，在全球大多數無線網絡中，RAN都被部署為固定功能設備，此種方式一旦部署就無法更改。英特爾的目標是推動RAN的變革，就像十年前我們在核心網中推動的變革一樣。從客戶共同投資到尖端技術，英特爾致力于幫助運營商和OEM將虛擬化RAN作為高速通信網絡的一種全新、低成本替代方案推向市場。

虛擬化 RAN 是一項艱巨的任務。作為網絡基礎設施中要求極高的組成部分，RAN也是確保重要通話不會掉線的基石。它需要為我們提供高速和低時延的連接，但不能出現故障，因為我們在緊急情況下確實依賴它。RAN也是無線網絡中成本最高的部分：構建無線網絡的預算中一半以上都用于RAN。因此，設計和交付硬件、軟件，并恰當地平衡性能、可靠性和成本效益，以滿足RAN的極高要求，這無論在技術上或財務上都絕非易事。

解決辦法：提升靈活性、降低復雜性

當新需求、新使用場景或新標準進入市場時，更換過時硬件的方式可能無法實施，因為企業(yè)可能會因此而產生巨額成本。與其他企業(yè)一樣，通信服務提供商希望從其投資中獲得最大收益。因此，他們通過降低總體擁有成本、節(jié)省電力和創(chuàng)建持續(xù)創(chuàng)新的平臺來實現這一目標。

軟件定義基礎設施的網絡現代化正是如此：它簡化升級方式，既能幫助減少組件要求，又可以降低系統(tǒng)和主板的復雜性以及物料成本，同時還能增強供應鏈的多樣性。此外，軟件還支持可編程性，可提供創(chuàng)新以及通過軟件升級迭代改進網絡的能力，從而顯著提高硬件部署的投資回報。

以往，RAN基礎設施運行在專用的固定功能硬件上。由于它們不是軟件定義的，升級RAN基礎設施通常意味著昂貴而繁瑣的硬件升級。有一種觀點認為，RAN架構的最低層——5G網絡物理層（Layer 1），也就是將智能手機的無線電信號轉換為比特并提供高速5G連接的部分——在性能要求上非常嚴格，以至于無法在軟件中進行虛擬化和定義。

這就是英特爾架構的用武之地。我們認為，基于虛擬化的優(yōu)勢，虛擬化RAN ——一直到RAN軟件堆棧中的物理層，也就是傳輸數字化數據的地方——十分必要。為了滿足RAN（包括物理層）的嚴格需求，我們構建了一個基于靈活、可編程通用芯片的架構，集成了用于繁瑣任務的加速功能，使通信服務提供商能夠順利地部署完全虛擬化的RAN，并充分利用端到端軟件定義網絡（包括核心網和RAN）的全部優(yōu)勢。

這就是我們不斷創(chuàng)新的原因——使通信網絡運行得更快更好，并提供大家期待的服務。我們的通用網絡芯片一直在不斷發(fā)展，集成英特爾^? vRAN Boost的最新第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器已經用于我們一些大客戶的產品中，這些產品將在規(guī)模最大的移動網絡展會——2023巴塞羅那世界移動通信大會（MWC Barcelona 2023）上推出。

通用芯片是虛擬化網絡的基石

實現無線接入網直至物理層的完全虛擬化可以帶來技術和業(yè)務上的巨大優(yōu)勢，其中包括敏捷性、靈活性和可擴展性的顯著提升。虛擬化使得將AI算法擴展到無線接入網（RAN）的各項功能中這樣的創(chuàng)新成為可能，能夠不斷推動網絡升級，并以更低的成本實現更多功能。雖然這些好處可能很難直接觀察到，但其實虛擬化網絡與您的日常生活息息相關，比如，如果您此時此刻正在移動設備上閱讀這篇文章，那您的設備很有可能就是連接到了基于英特爾技術的虛擬化網絡基礎設施上。

運營商能夠輕松地實施動態(tài)電源管理和網絡功能再分配。如果網絡運營和系統(tǒng)升級的過程中出現故障，可以通過將網絡工作負載轉移到不同的服務器進行處理，而無需派遣技術人員到現場。借助我們的通用芯片，運營商可以在低負載或無負載時輕松關閉內核以節(jié)省電力。

另一方面，使用專用芯片（也稱物理層加速卡）也就意味著需要為了支持新的RAN技術和服務而重新配置現有網絡，這產生的花銷十分巨大。因為這將需要配置新的硬件，除了會增加成本，最終還有可能因為相關技術人員不具備能夠利用這些設備打造產品的能力而受到限制。

由于大量的物理層處理被完全分流到了專用芯片，RAN堆棧物理層上基于軟件的專用功能需要以特定軟件語言執(zhí)行（并且通常需要手動編寫），同時，這些物理層加速卡還依賴于特定工具來進行編譯、調試和構建應用程序。

簡而言之，無線接入網中還有專用芯片的存在就意味著沒有實現完全虛擬化。

對于通用芯片而言則完全不同。在基于軟件的架構中，為集成或最大化利用通用硬件，軟件要使用標準的開放編程語言進行編寫，這些語言采用的編譯、調試和構建工具也是通用的。這其中的好處在于不僅為某一代芯片編寫的軟件可在下一代芯片中得到重復利用，且這個迭代移植過程相當輕松，從而讓運營商得以在通用虛擬化平臺上整合RAN軟件。

換言之：編寫只一次，到處可部署。通信行業(yè)為全世界提供數據連接功能，而行業(yè)的領導者們都一致認為通用芯片更能夠應對他們面臨的挑戰(zhàn)并滿足其需求。

全新5G基礎設施方案

真正地將硬件和軟件解耦能夠使運營商從不同供應商處分門別類地購買硬件和軟件組件中的絕佳產品，以一種非常精細化的方式選擇供應商。誰能拒絕更多的選擇？最新推出的第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器將vRAN Boost直接集成到了英特爾^?至強^?系統(tǒng)芯片（SoC）中，能夠提供可編程基礎設施以增強網絡且無需在物理層額外設置加速卡。這款全新處理器的設計初衷就是為云就緒的虛擬化無線接入網（vRAN）而服務的，能夠在相同功率范圍內提供高達兩倍的容量²，且由于集成了加速功能而額外節(jié)省20%的電力³，從而得以滿足運營商在性能、擴展和能效方面的關鍵需求。

我們之所以選擇這種集成加速功能的方式，是因為它將片內加速的優(yōu)點與x86架構的靈活性和可編程性相結合，比其他將整個物理層嵌入不具備靈活性的硬件加速器中的解決方案更好。預期集成vRAN Boost的第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器上市后，其每瓦性能將超越表現十分優(yōu)異的專用物理層加速卡⁴。

vRAN就是未來

多年的研發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)合作、商業(yè)部署、成功經驗和客戶反饋讓我們明白一件事情：網絡需要軟件定義轉型。因此，無線通信行業(yè)需要一個能夠虛擬化物理層的解決方案。在網絡經歷漫長的轉型實現軟件定義的過程中，英特爾的vRAN產品和FlexRAN參考軟件也在不斷演進升級來滿足轉型需求。英特爾推動了從使用固定功能硬件建設的基礎設施，到利用商用現成硬件打造完全虛擬化平臺的轉變。

英特爾解決方案不僅可以隨時投入部署，且我們未來的產品路線圖也將能夠引領整個行業(yè)，這都將會為運營商增強信心。在對網絡進行虛擬化時，運營商深知英特爾不僅能夠為其提供當前所需的解決方案，而且還將繼續(xù)針對解決方案進行迭代、升級，就像人們現在能在手機上玩的“花樣”越來越多。這就是為什么當今世界上90%以上的商用vRAN網絡都是基于英特爾架構運行的⁵。

1 Dell'Oro在2023年1月發(fā)表的報告《移動核心網和多接入邊緣計算季度報告》+英特爾內部分析

2截至2022年8月30日的預測，基于英特爾^?至強^?可擴展處理器的架構提升，對比了擁有相同核心數、插槽功率和頻率的第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器和第三代英特爾^?至強^?可擴展處理器，測試中使用了FlexRAN?軟件。結果可能有所不同。實際性能因用途、配置和其它因素而異。

3 截至2022年8月30日的預測，基于場景設計功耗（SDP）分析，對比了擁有相同核心數和頻率的帶有英特爾^? vRAN Boost的預生產的第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器（集成vRAN加速）和搭配外置vRAN加速卡的預生產的第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器。結果可能有所不同。實際性能因用途、配置和其它因素而異。

4 性能/功率比預測是基于英特爾截至2022年10月的估計和模擬。

5 Dell'Oro在2023年1月發(fā)表的報告《移動RAN五年期預測報告2023-2027，Vol 22 No.1》+ 英特爾內部分析。