Look-aside/Inline兩強相爭　vRAN L1加速卡熱戰方酣(1)

電信商正在推動其無線存取網路(RAN)朝更開放、虛擬化與雲端原生的方向發展，除了促使RAN架構逐漸解耦成包含無線電單元(RU)、分布式單元(DU)與中央單元(CU)不同類型的組件外，軟硬體間也開始解耦，也就是將網路功能軟體從硬體中抽離，並在通用處理器(GPP)上運行，以此實現網路的虛擬化。

在vRAN中，虛擬化分布式單元(Virtualized Distributed Unit, vDU)Layer 1(簡稱L1或另稱網路運算實體層)更接近底層硬體，需要進行更多的運算與處理。此設計將負責包括波束成形、編碼、訊令、資料傳輸和接收等基頻與無線電訊號處理，以及滿足網路運算及延遲需求的大部分功能集中至vDU上，導致支援其運作的伺服器和晶片處理負荷極高。尤其是需要高處理能力的L1前向糾錯(FEC)功能，在處理要求較高的網路系統架構中，將消耗大量運算資源，也會讓原本基於Intel x86或Arm核心的CPU無法更好地支援及處理L1的所有工作。

為了提升L1處理效能並減輕CPU工作負載，業者開始傾向於將此運算轉移到硬體加速技術上，使用專門硬體組件或設備來卸載並加速特定運算任務，讓CPU運算資源得以留給更複雜的RAN運作，高度重複和資源密集型的任務則卸載轉由硬體加速技術負責。專用於vDU伺服器以支援特定任務的L1加速卡應運而生，不但可協助卸載前述諸如通道估計、均衡和編解碼等需要密集運算的處理任務，還能支援L1資料傳輸所需大量功率的任務，有助於降低基地台的功耗。

加速卡兩大陣營：Look-aside/Inline

因應L1加速卡需求的產生，除了已占據市場四成江山的Intel外，其他聚焦vRAN伺服器產品的主要晶片業者，如AMD/Xilinx、Marvell、Qualcomm、NVIDIA和NXP等，也紛紛切入加速卡市場，期望在持續發展的開放、虛擬化無線存取市場中開疆拓土。值得注意的是，這些業者所提供的加速卡架構分為兩派：旁視(Look-aside)加速，以及內聯(Inline)加速。

Look-aside加速

Look-aside加速亦稱為選擇功能硬體加速，意思是只有選定的功能被發送到加速卡，接著返回CPU，實現以軟體為中心的RAN和虛擬化；換句話說，利用Look-aside加速卡處理選定功能(如L1 FEC)的同時，CPU可自由處理其他任務，直到從加速卡端接收到處理後的資料，CPU才切換回原來處理上下文與相關工作的執行，一直到下一輪需要加速的功能出現。

此架構中，大部分L1功能仍需要留在CPU中實現，並且雖然允許通用伺服器端決定應該將哪些選定功能發送到加速卡處理再返回CPU，Look-aside加速卡仍需要定義明確的API。

Inline加速

Inline加速可以將L1部分或全部的資料和功能透過加速卡從CPU上卸載，隨後進行即時處理及發送，這部分的處理可採用基於Arm或RISC-V的晶片。由於無須返回CPU端進行處理，可降低額外的CPU運算需求，進而釋放寶貴的CPU資源，以處理其他任務，例如RAN L2和L3應用相關功能。

Inline加速能夠在更低延遲且所需核心數量較少的狀態下，提供更好的傳輸性能，直接節省資本支出和營運支出。此外，Inline加速卡也具備可程式化與可擴展的優勢，電信商能依據需求加裝額外的加速卡。對於電信商而言，此架構有機會顯著節省資本支出和營運支出，尤其是在5G網路布建朝大規模天線(Massive MIMO)基地台場景邁進的情況下。

Look-aside VS Inline

在Look-aside和Inline兩種加速卡的發展過程中，普遍認為在處理L1複雜任務時，與Look-aside方案相比，Arm架構下的Inline加速能夠以較低的功耗運作，不但可以減少CPU和加速卡之間的資料密集型介面，也可以增加vDU資料傳輸速率和準確性。另外，由於傳輸資料僅透過具有Arm核心和定制晶片的獨立加速卡進行路由，對Intel x86晶片系列Xeon CPU的需求可望減少。

相較之下，Look-aside加速架構雖然和Inline一樣需要單獨的加速卡，但主要實現L1前向糾錯(FEC)的處理，多數功能仍高度依賴x86 CPU，且能效表現相較Inline有所差距。Inline加速卡在完整進行L1處理後，對CPU依賴較小或甚至沒有；Look-aside由於僅對選定的L1功能進行處理，並且後續得到的資料需要返回CPU，因此仍舊十分依賴CPU。

Look-aside/Inline兩強相爭　vRAN L1加速卡熱戰方酣(1)

Look-aside/Inline兩強相爭　vRAN L1加速卡熱戰方酣(2)