英特尔SachinKatti：虚拟化及开放式RAN已成未来趋势

Sachin Katti

英特尔公司高级副总裁兼网络与边缘事业部总经理

随着数字革命愈演愈烈，全球对移动数据和服务的需求正在迅速增长。如今，智能手机已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。在智能手机的加持下，我们可以通过拍照、浏览新闻和社交媒体或玩游戏等方式自娱自乐，还可以呼叫网约车等。当然，我们偶尔也会打电话。此外，凭借功能强大的软件和“应用商店”，我们已经习惯在不进行手机升级的情况下获得全新用户体验，这只需要我们下载或更新App即可。

那么，我们的网络基础设施是否也可以用类似方式通过软件来定义？如果无线网络（也就是将移动设备连接到日常使用的App和服务的网络）可以通过简单的软件更新以相同方式进行升级，那会怎么样？是不是难以置信？其实并没有那么难，英特尔正在致力于与整个生态系统携手，以充分实现这一未来愿景。

十多年来，英特尔一直与生态伙伴及客户合作，共同引领网络转型，以推动实现这一愿景。作为领先的4G和5G网络芯片提供商，我们的使命是通过推动网络转型充分释放网络潜力，使其“虚拟化”并在软件上运行。这为通信服务提供商在网络构建中提供了可编程性和可升级性，从而使其能够交付全新功能及服务——就像在智能手机或PC上完成简单的软件更新或下载全新App一样。

如今，我们得以见证这些努力的最终回报。

以网络的“大脑”——核心网为例：十多年前，几乎没有任何无线网络能够在通用可编程服务器上运行以软件形式存在的核心网。传统观点认为，核心网无法由软件定义，但英特尔迎难而上。我们设计的服务器和软件正在助力网络核心虚拟化，并使其以软件的形式在通用服务器上运行。早在2020年，这种虚拟化核心网就已约占总部署量的一半，正在实现软件定义网络的愿景。根据Dell'Oro的一份报告，预计到今年年底，虚拟化核心网将占总核心网部署量的90%以上¹，几乎所有已知虚拟化网络服务器都运行在英特尔的CPU上。

无线接入网（RAN）是网络的另一个重要组成部分。事实上，当我们打电话、浏览网页或使用App时，我们的手机直接与RAN进行通信。与十年前的核心网类似，传统观点认为，软件定义RAN将极具挑战性。当下，在全球大多数无线网络中，RAN都被部署为固定功能设备，此种方式一旦部署就无法更改。英特尔的目标是推动RAN的变革，就像十年前我们在核心网中推动的变革一样。从客户共同投资到尖端技术，英特尔致力于帮助运营商和OEM将虚拟化RAN作为高速通信网络的一种全新、低成本替代方案推向市场。

虚拟化RAN是一项艰巨的任务。作为网络基础设施中要求极高的组成部分，RAN也是确保重要通话不会掉线的基石。它需要为我们提供高速和低时延的连接，但不能出现故障，因为我们在紧急情况下确实依赖它。RAN也是无线网络中成本最高的部分：构建无线网络的预算中一半以上都用于RAN。因此，设计和交付硬件、软件，并恰当地平衡性能、可靠性和成本效益，以满足RAN的极高要求，这无论在技术上或财务上都绝非易事。

当新需求、新使用场景或新标准进入市场时，更换过时硬件的方式可能无法实施，因为企业可能会因此而产生巨额成本。与其他企业一样，通信服务提供商希望从其投资中获得最大收益。因此，他们通过降低总体拥有成本、节省电力和创建持续创新的平台来实现这一目标。

软件定义基础设施的网络现代化正是如此：它简化升级方式，既能帮助减少组件要求，又可以降低系统和主板的复杂性以及物料成本，同时还能增强供应链的多样性。此外，软件还支持可编程性，可提供创新以及通过软件升级迭代改进网络的能力，从而显著提高硬件部署的投资回报。

以往，RAN基础设施运行在专用的固定功能硬件上。由于它们不是软件定义的，升级RAN基础设施通常意味着昂贵而繁琐的硬件升级。有一种观点认为，RAN架构的最低层——5G网络物理层（Layer 1），也就是将智能手机的无线电信号转换为比特并提供高速5G连接的部分——在性能要求上非常严格，以至于无法在软件中进行虚拟化和定义。

这就是英特尔架构的用武之地。我们认为，基于虚拟化的优势，虚拟化RAN——一直到RAN软件堆栈中的物理层，也就是传输数字化数据的地方——十分必要。为了满足RAN（包括物理层）的严格需求，我们构建了一个基于灵活、可编程通用芯片的架构，集成了用于繁琐任务的加速功能，使通信服务提供商能够顺利地部署完全虚拟化的RAN，并充分利用端到端软件定义网络（包括核心网和RAN）的全部优势。

这就是我们不断创新的原因——使通信网络运行得更快更好，并提供大家期待的服务。我们的通用网络芯片一直在不断发展，集成英特尔^®vRAN Boost的最新第四代英特尔^®至强^®可扩展处理器已经用于我们一些大客户的产品中，这些产品将在规模最大的移动网络展会——2023巴塞罗那世界移动通信大会（MWC Barcelona 2023）上推出。

实现无线接入网直至物理层的完全虚拟化可以带来技术和业务上的巨大优势，其中包括敏捷性、灵活性和可扩展性的显著提升。虚拟化使得将AI算法扩展到无线接入网（RAN）的各项功能中这样的创新成为可能，能够不断推动网络升级，并以更低的成本实现更多功能。虽然这些好处可能很难直接观察到，但其实虚拟化网络与您的日常生活息息相关，比如，如果您此时此刻正在移动设备上阅读这篇文章，那您的设备很有可能就是连接到了基于英特尔技术的虚拟化网络基础设施上。

运营商能够轻松地实施动态电源管理和网络功能再分配。如果网络运营和系统升级的过程中出现故障，可以通过将网络工作负载转移到不同的服务器进行处理，而无需派遣技术人员到现场。借助我们的通用芯片，运营商可以在低负载或无负载时轻松关闭内核以节省电力。

另一方面，使用专用芯片（也称物理层加速卡）也就意味着需要为了支持新的RAN技术和服务而重新配置现有网络，这产生的花销十分巨大。因为这将需要配置新的硬件，除了会增加成本，最终还有可能因为相关技术人员不具备能够利用这些设备打造产品的能力而受到限制。

由于大量的物理层处理被完全分流到了专用芯片，RAN堆栈物理层上基于软件的专用功能需要以特定软件语言执行（并且通常需要手动编写），同时，这些物理层加速卡还依赖于特定工具来进行编译、调试和构建应用程序。

简而言之，无线接入网中还有专用芯片的存在就意味着没有实现完全虚拟化。

对于通用芯片而言则完全不同。在基于软件的架构中，为集成或最大化利用通用硬件，软件要使用标准的开放编程语言进行编写，这些语言采用的编译、调试和构建工具也是通用的。这其中的好处在于不仅为某一代芯片编写的软件可在下一代芯片中得到重复利用，且这个迭代移植过程相当轻松，从而让运营商得以在通用虚拟化平台上整合RAN软件。

换言之：编写只一次，到处可部署。通信行业为全世界提供数据连接功能，而行业的领导者们都一致认为通用芯片更能够应对他们面临的挑战并满足其需求。

真正地将硬件和软件解耦能够使运营商从不同供应商处分门别类地购买硬件和软件组件中的绝佳产品，以一种非常精细化的方式选择供应商。谁能拒绝更多的选择？最新推出的第四代英特尔^®至强^®可扩展处理器将vRAN Boost直接集成到了英特尔^®至强^®系统芯片（SoC）中，能够提供可编程基础设施以增强网络且无需在物理层额外设置加速卡。这款全新处理器的设计初衷就是为云就绪的虚拟化无线接入网（vRAN）而服务的，能够在相同功率范围内提供高达两倍的容量²，且由于集成了加速功能而额外节省20%的电力³，从而得以满足运营商在性能、扩展和能效方面的关键需求。

我们之所以选择这种集成加速功能的方式，是因为它将片内加速的优点与x86架构的灵活性和可编程性相结合，比其他将整个物理层嵌入不具备灵活性的硬件加速器中的解决方案更好。预期集成vRAN Boost的第四代英特尔^®至强^®可扩展处理器上市后，其每瓦性能将超越表现十分优异的专用物理层加速卡⁴。

多年的研发、生态系统合作、商业部署、成功经验和客户反馈让我们明白一件事情：网络需要软件定义转型。因此，无线通信行业需要一个能够虚拟化物理层的解决方案。在网络经历漫长的转型实现软件定义的过程中，英特尔的vRAN产品和FlexRAN参考软件也在不断演进升级来满足转型需求。英特尔推动了从使用固定功能硬件建设的基础设施，到利用商用现成硬件打造完全虚拟化平台的转变。

英特尔解决方案不仅可以随时投入部署，且我们未来的产品路线图也将能够引领整个行业，这都将会为运营商增强信心。在对网络进行虚拟化时，运营商深知英特尔不仅能够为其提供当前所需的解决方案，而且还将继续针对解决方案进行迭代、升级，就像人们现在能在手机上玩的“花样”越来越多。这就是为什么当今世界上90%以上的商用vRAN网络都是基于英特尔架构运行的⁵。