NVIDIA 與富士通和 Wind River 合作，使 NTT DOCOMO 能夠在其日本網絡中推出首個 GPU 加速商業開放式 RAN 5G 服務。這使其成為世界上第一家部署 GPU 加速商用 5G 網絡的電信公司。
這個公告是一個重要的里程碑，因為電信行業正在努力解決數十億美元的問題，即推動性能、總擁有成本（TCO）和能源效率的提高。該解決方案釋放了 Open RAN 的靈活性、可擴展性和供應鏈多樣性承諾。
DOCOMO 及其合作伙伴已確認，該解決方案基于富士通的虛擬化集中式單元（vCU）和虛擬化分布式單元（vDU），以及 NVIDIA Aerial 平臺和 Wind River 的分布式云平臺。
5G 開放式 RAN 解決方案是首個使用 NVIDIA Aerial 平臺進行電信商業部署的 5G vRAN。該平臺匯集了用于 5G、AI 框架、加速計算基礎設施以及長期軟件支持和維護的 NVIDIA Aerial vRAN 堆棧。它為電信運營商提供了創新和轉型的新功能。
TCO 和能效優勢
我們與供應商 Fujitsu 和 Wind River 合作，使用 NVIDIA Aerial 平臺為 DOCOMO 的 5G 網絡提供高性能、高蜂窩密度和靈活性，從而更好地利用其網絡，降低 TCO，降低功耗。
DOCOMO 指出，與基于專有解決方案的標準網絡相比，此新解決方案可將 TCO 降低 30%，將網絡設計利用率提高 50%，并將基站功耗降低 50%。
截至 2023 年 7 月，DOCOMO 為來自 2 萬多個基站的 2200 多萬 5G 用戶提供服務，5G 覆蓋 815 多個城市。它使用了來自四家供應商的 29 種類型的無線電單元（RU）和來自三家供應商的 8 種類型的 CU。vRAN 的引入有望擴大 5G 網絡的容量和覆蓋范圍。
雖然混合和匹配不同供應商產品的能力有望提高開放式 RAN 網絡的靈活性和可擴展性，但它給運營商帶來了兩個主要問題：
- 首先，從不同供應商的產品中獲得最佳性能是一項挑戰。
- 其次，通常存在只有在互操作性測試中才能發現的技術問題，任何部署開放式 RAN 的運營商都必須處理這些問題。
NVIDIA 、富士通、Wind River 5G Open RAN 合作
DOCOMO 已啟動 OREX 作為一個開放式 RAN 服務品牌，以應對開放 RAN 面臨的挑戰。該項目于 2021 年 2 月啟動，富士通、NVIDIA 和 Wind River 在 OREX 下合作開發了基于富士通 vDU 和 vCU 的 5G vRAN 解決方案。
該解決方案使用以下組件：
- 商用現貨服務器
- Wind River 分布式云平臺
- 富士通的 5G vRAN 軟件
- NVIDIA Aerial vRAN 堆棧
- NVIDIA 聚合加速器
這是第一個提供符合 NTT DOCOMO 性能和互操作性要求的商業直播 5G vRAN 的供應商聯盟。
NVIDIA Aerial 平臺包括用于物理（PHY）層 1（L1）的 NVIDIA Aviation vRAN 堆棧軟件，以及 NVIDIA Converged Accelerator 及其組合數據處理器（ DPU ）和 GPU ，用于計算密集的 L1 工作負載的硬件加速。這使其成為世界上第一個商用部署的 DPU 和 GPU 加速（即 NVIDIA 加速）5G 開放式 RAN，以提供可擴展、靈活和經濟高效的網絡。
NVIDIA Aerial：無線創新的基石
NVIDIA 正在通過無線框架、人工智能框架和加速計算基礎設施的組合推動電信行業的創新。這使得能夠利用云經濟開發高性能、完全軟件定義和人工智能原生網絡（圖 2）。
加速計算基礎設施由 CPU 、 DPU 和 GPU 的組合以及一系列 NVIDIA 認證的 COTS 硬件服務器組成。
NVIDIA Aerial 是一個擁有軟件、硬件和支持的平臺，可在無線細分市場提供創新。它匯集了用于 5G、AI 框架、其他無線框架、加速計算基礎設施和長期軟件支持的 NVIDIA Aerial vRAN 堆棧。
得益于這種行業成形的硬件、軟件以及商業級軟件堆棧的長期支持和維護的結合，這為 5G 網絡帶來了新的性能閾值。
該平臺的關鍵組件如下：
- 軟件： NVIDIA Aerial vRAN 堆棧
- 硬件： NVIDIA 加速計算
- 載體級支撐
軟件： NVIDIA Aerial vRAN 堆棧
這是一個用于構建高性能、100%軟件定義、云原生 5G vRAN 的應用程序框架，采用 O-RAN 7.2-x 拆分。 NVIDIA Aerial vRAN 堆棧具有高度靈活性和可擴展性，可為 L1 提供高性能。
NVIDIA Aerial 采用了以 GPU 為中心的方法，并依賴于兩個顯著的子組件：
- NVIDIA cuBB SDK （ CUDA 基帶）
- NVIDIA DOCA GPUNetIO
cuBB 提供 GPU 加速的 5G L1 處理。它通過將所有 PHY 層處理保持在高性能 GPU 內存內，提供了高吞吐量和高效率。cuBB SDK 還包括針對 NVIDIA GPU 進行優化的 5G L1 高 PHY 加速庫 cuPHY。cuPHY 通過使用 GPU 的巨大計算能力和高度并行性，提供了無與倫比的可擴展性。
NVIDIA DOCA GPU NetIO 通過在 GPU 存儲器和 DPU 使用直接存儲器存取（DMA）技術，提高了內聯硬件加速的性能。
硬件： NVIDIA 加速計算
這是 vRAN 的處理引擎，由 CPU 、 DPU 和 GPU 以及 COTS 硬件服務器組成。
NVIDIA Aerial vRAN 堆棧的性能，尤其是計算密集型 L1，取決于其部署的硬件選擇。 NVIDIA 為 5G 網絡部署提供了兩種硬件選項。它們的比較性能如下表 1 所示。
x86 和 NVIDIA 聚合加速器
此選項將 NVIDIA DPU 和 GPU 的性能與 x86 CPU 服務器相結合，為 5G vRAN 提供最大性能。
GPU 和 DPU 的集成將所有前端增強型公共無線電接口（eCPRI）數據業務引入 GPU 中，而數據路徑中沒有 CPU 。這是一個完整的內聯 L1 卸載，因此該解決方案通過避免在主機 PCIe 接口上的替代系統中 CPU 和硬件加速器之間來回傳輸 eCPRI 數據來實現高性能。
數據進入 GPU 后，得益于 GPU’架構的大規模并行性，優化了基站系統的處理能力。這帶來了改進的 RU 容量和處理能力，提供了高質量的通信環境，并且可以處理高負載數據處理以及天線技術的未來改進。
NVIDIA Grace Hopper 和 NVIDIA BlueField DPU
NVIDIA Grace Hopper 超級芯片融合了基于 Arm 架構的 NVIDIA 格雷斯 CPU 和高性能 NVIDIA Hopper GPU 。 BlueField DPU 有助于以與 NVIDIA Converged Accelerator 類似的方式從完全內聯 L1 卸載中獲得相同的性能。
然而，性能的最大提升來自于使用 NVIDIA NVLink-C2C 為 5G vRAN 等工作負載提供 CPU + GPU 相干內存模型的加速。
NVIDIA NVLink-C2C 是 NVIDIA 存儲器相干、高帶寬和低延遲互連。它提供高達 900 GB/s 的總帶寬：比加速系統中常用的 x16 PCIe Gen5 通道高 7 倍的帶寬。
有了 NVLink-C2C 內存一致性， CPU 和 GPU 線程都可以同時透明地訪問 CPU 和 GPU 駐留內存，使 RAN 能夠優化其如何處理 CPU GPU 上的 eCPRI 數據。
| X86+ NVIDIA 聚合加速器 （參考 AX800） |
? | 格蕾絲 Hopper + BlueField 3 （參考 GH200） |
| 多達 10 個 4T4T 峰值單元=相當于每個 2U 服務器 36 Gbps | 配置* | 多達 20 個 4T4T 峰值單元=相當于每個 2U 服務器 72 Gbps |
| 3.2 倍 （36 Gbps） |
5G 性能* | 6.4 倍 （72 Gbps） |
| 50 倍 （0.59 推斷/秒） |
LLM* （美洲駝 65B） |
284 倍 （1.71 推斷/秒） |
| 1.3 倍 （34 W/Gbps） |
5G 能效* | 2.5 倍 （19 W/Gbps） |
| 1X （PCIE） |
CPU – GPU 帶寬* | 9 倍 （C2C） |
表 1: NVIDIA 聚合加速器與 NVIDIA Grace Hopper 在 5G vRAN 中的性能比較
載體級支撐
NVIDIA Aerial 平臺為電信運營商提供全棧、載波級、硬化和成熟的 5G 解決方案，并提供 10 年的長期支持和維護。這種級別的運營商級支持為電信公司使用該平臺進行現場或商業部署提供了可靠性和彈性保證。
OREX：從日本及其他地區拓展
NTT DOCOMO 使用 NVIDIA 5G 平臺進行的 5G 開放式 RAN 網絡的商業部署是電信行業的一個重要里程碑。它展示了基于 GPU 的加速功能，用于計算密集型 L1 PHY 處理。
這種新網絡具有改進的性能、靈活性和可擴展性，加上更高的蜂窩密度，顯著提高了能源效率，并降低了 TCO。該網絡的交付為蜂窩 RAN 中廣泛采用基于 GPU 的加速鋪平了道路。
DOCOMO 及其在 OREX 的合作伙伴正在共同努力，向全球運營商社區推廣符合開放式 RAN 的多供應商 5G vRAN。在日本的商業部署符合 OREX 的愿景，使其成員能夠在商業上驗證其解決方案，然后將其推廣到全球其他運營商。
NVIDIA 繼續與 DOCOMO 和其他合作伙伴合作，支持世界各地的運營商部署高性能、節能、軟件定義的商用 5G vRAN。
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