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憑藉5G與TSN 輕易實現工業場域的延遲控制

恩智浦半導體(NXP)產品及全球市場經理張嘉恆。

工業物聯網非常講究延遲(Latency)控制,自然需要對先進的通訊技術多所倚賴。著眼於此,恩智浦半導體(NXP)產品及全球市場經理張嘉恆及資深應用工程師鄺大忠特別分別透過5G、TSN兩大方案,分別闡述如何實現無線及有線環境的延遲控制。

首先談到5G,其基站部署模式有二類,一是分散式,RU(天線射頻)與DU(基頻處理)各自運作,同一組DU前端可佈建多組RU;另一是Compact設計,將RU和DU體積縮小且置入同一設備,好處在於讓設備小型化、功率低,可簡化5G或企業專網的部署。而NXP今年(2020)的重點目標正是5G,致力協助用戶開發上述DU、RU、DU/RU合一等基站端產品,以及5G CPE設備。

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恩智浦半導體(NXP)資深應用工程師鄺大忠。

張嘉恆說,無線通訊內含兩大核心技術,一是Physical Layer處理,另一是數據端處理。NXP選用DSP架構、支撐數學運算模式,以滿足Physical Layer處理需求,至於數據端部分,考量涉及協議棧,故選用通用處理器,以利執行完整的作業系統環境,也方便用戶開發Software Stack。

值得一提,從早期Motorola半導體、後來獨立為Freescale,直到2015年NXP購併Freescale,其間產品架構不斷迭代演進,從2007年的Multicore DSP,到2012年進化為兼可處理L1 PHY、L2 & Transport的Converged SoC,至此已能透過同一晶片同時處理Baseband與協議棧。以NXP最新一代支援5G的平台,提供蘊含單核、4核、8核、16核的晶片,涵蓋2~25G數據處理帶寬,希冀透過多核處理器有效支撐協議棧處理工作負荷。針對Baseband部分,NXP於2019年10月提供新一代DSP平台,也與O-RAN陣營的軟體領導廠商結盟,藉此構築為涵蓋5G軟體、Use Case/Test Case、RF設計...等等環節完整生態系,使OMD業者有所依循,有助加速產品開發。

不僅如此,NXP本身亦是O-RAN組織的會員,定期針對O-RAN標準、通聯標準發表建議,今年2月更提交Option 2 Proposal,增列All-in-One Femtocell規範。恩智浦半導體(NXP)資深應用工程師鄺大忠則對於現今在工業場域被用來融合OT/IT網路層、也將工業中原本普及的100Mbps頻段驟增為1Gbps的TSN(Time-Sensitive Networking),內含許多小區塊,其中最基礎的部分為802.1AS,負責制定廣義的精確時鐘同步系統;再來較為重要的項目是802.1Qbv,用以強化流量排程。IEEE 802.1AS定義在精確時間協議(IEEE-1588)的基礎上,而兩者的最大區別在於802.1AS gPTP是一個完全基於二層網路,非IP路由的協議。

欲實現TSN,不論軟體、硬體皆需支援TSN功能。NXP提供的I.MXRT系列控制器為Arm-Based,內含GbE埠且支援TSN Stack/AVB Stack。至於可用來當做gPTP Bridge的LS1028A,則內含TSN交換器,最快傳輸速率為2.5Gbps、可向下相容,除了具備Network Forwarding能力,也由於配置GPU之故,同時兼具影像處理能力。總括而論,TSN是近來在工業界崛起的新技術,旨在營造低時延、低抖動的傳輸,現今支援的最大頻寬為1Gbps,且扭轉過去OT、IT分開傳遞的慣性,利用同一個網路支援OT/IT的Traffic流動,而NXP旗下所有產品皆支援TSN Features。


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