Александр Чемерис, основатель и технический директор компании Fairwaves, США, недавно был в Москве. У нас в MForum.ru появилась возможность пообщаться с ним на тему SDR и OpenRAN и мы ею конечно воспользовались. Вашему вниманию - конспект встречи.
Александр, расскажите про компанию Fairwaves
А.Ч. Fairwaves - это небольшая компания. Бизнес начинали в России, затем выдвинулись на Запад. Головная компания у нас сейчас в США. Офисы в Бостоне, Лондоне, Юрмале и в Москве. Иногда мы шутим, что людей в компании у нас работает меньше, чем у нас офисов. Реальная ситуация близка к этому, в половине офисов у нас буквально по одному человеку.
Печатные платы для базовых станций и SDR нашей разработки выпускает контрактный производитель в штате Мэн, США. Окончательную сборку и тестирование производим в Латвии, в Юрмале.
Что именно вы разрабатываете и производите?
А.Ч. У нас два основных направления, это SDR, Software-Defined Radio, и RAN, радиоподсистемы для сетей сотовой связи. Кстати, не путайте SDR с SDN - это совершенно не связанные друг с другом технологии, хотя и с очень похожим названием.
Когда в 2008-2009 году мы начинали бизнес, мы хотели сделать SDR-платформу, и продавать её всем желающим. Но тогда про SDR ещё никто не знал, кроме военных и телеком вендоров, и бизнес не получился. Бум SDR начался спустя несколько лет, когда на рынке стали появляться супер дешёвые SDR устройства на базе чипов Realtek RTL2832U - такие устройства стали называть RTL-SDR. Постепенно доступ к SDR настолько демократизовался, что любой человек с $30-50 в кармане мог, что называется, приобщиться к SDR. Люди начали придумывать применения для SDR, и наконец-то начал формироваться рынок для SDR вне военки и телекома.
Возвращаясь в 2008-2009 годы, SDR никому не был интересен с коммерческой точки зрения. И родилась идея вместо продажи SDR компонентов разработать на базе SDR полноценный продукт - базовые станции сотовой связи. Так появились первые коммерческие клиенты. Сейчас по направлению решений для сотовой связи мы работаем с Vodafone, MTN и рядом небольших операторов.
Между тем начал формироваться и коммерческий рынок для SDR, с клиентами от частных лиц и небольших стартапов до крупных компаний, университетов и лабораторий NASA. Многие компании и лаборатории покупают наши SDR для разработки и быстрого прототипирования, но есть и клиенты, которые используют их в конечной продукции - благо, мы разрабатываем все наши устройства с учётом требований индустриальных встраиваемых систем.
Встраиваемая x86 платформа Fairwaves XCOM с Fairwaves XTRX - miniPCIe SDR
Для финансирования выпуска этих плат мы используем краудфандинг. Таким образом мы уже запустили
модуль XTRX SDR. Сейчас запускаем
XYNC - недорогую SDR для Massive MIMO, и
XCOM - компактную встраиваемую x86 платформу для SDR и других применений. Многие люди предпочитают покупать готовый комплект, нежели чем отдельные модули, так что мы активно развиваем экосистему вокруг наших SDR плат.
Наш SDR (тот, что на картинке), это 2х2 MIMO, в нем два приемника и два передатчика, его можно использовать в сетях LTE или аналогичных современных стандартов. Выходная мощность у него минимальная, поэтому для полноценной станции сотовой связи нужно ставить дополнительный каскад из 1-3 усилителей.
Удобство SDR подхода в том, что если усилители и радио фильтры для каждого частотного диапазона нужны свои, то сам по себе SDR, что называется “всеяден”, он может выдавать частоты практически от 0 и до 3.7 ГГц (или даже 6 ГГц). Благодаря этому на базе одной и той же платы SDR можно создать базовую станцию LTE или, например, GPS-приемник или walkie-talkie. Один из наших самых крупных клиентов занимается мониторингом спектра GSM-R, закупает наше решение сотнями штук.
Ограничивающим фактором часто выступает цена. Наш SDR в розницу стоит $600. Для каких-то решений это недорого, для каких-то цена выступает запретительным фактором. Это своего рода плата за универсальность. Часто наши SDR модули покупают для макетирования, то есть для ситуаций, когда нужно быстро сделать работающий прототип устройства. Но нередко SDR используют и в мало- и среднесерийных изделиях - когда размер партии готовых изделий менее 1 тысячи штук. Кроме того, $600 это ритейловая цена, если речь идет о крупных партиях, цена может быть существенно ниже. Для многих применений этого вполне достаточно.
К нам, например, приходила одна известная компания, занимающаяся производством измерительного оборудования. Их интересовала возможность сделать тестер спутникового сигнала для монтажников соответствующего оборудования. По сути это планшет, в который встроено сразу несколько SDR, что позволяет проводить необходимые тесты сигнала. Стоимость такого прибора высокая, выпускаются они небольшими партиями, поэтому SDR-реализация для них вполне подходит.
Наши SDR можно использовать как в системах слежения за беспилотниками, так и в самих системах коммуникации с беспилотниками. Конечно это не касается копеечных хобби-коптеров - речь про серьёзные профессиональные БЛА.
Наше решение также ставят на беспилотник, чтобы оперативно исследовать радиообстановку в том или ином месте. Например, после установки очередной вышки сотовой связи, монтажа и настройки оборудования на ней, можно выполнять облет вышки беспилотником, на борту которого установлен анализатор спектра, что позволяет быстро выполнить все необходимые замеры.
Есть клиенты, которые на основе нашего SDR сделали датчики динамического спектра CBRS. Это отдельная любопытная история. Спектр CBRS ранее был у военных, в 2015 году его разрешили использовать также гражданским сетям LTE в рамках совместного использования. Что это означает на практике. Всякий раз, когда оборудование какого-то оператора хочет задействовать частоты CBRS в каком-то очень небольшом по-площади регионе, посылается автоматический запрос к так называемому SAS (Spectrum Allocation Server - серверу выделения частот). Сервер опрашивает датчик, размещенный в регионе, откуда пришел запрос, оценивает загрузку частот в регионе и, если обстановка позволяет, выделяет частоты для их временного использования. Как только оператор завершил использование частот, они возвращаются в общий пул. Вот как раз такие датчики могут делаться на наших SDR.
Есть применения в спутниковой связи, например, для работы с Cubesat, миниатюрными спутниками. Нашей разработкой интересуются, в частности, в ESA (European Space Agency), они поддерживают разработки на базе SDR приемников под протоколы спутниковой связи. Например, можно принимать данные о погоде непосредственно со спутников, для этого достаточно антенны, простенького RTL-SDR и готового открытого софта. Для более серьёзных проектов со спутниками RTL-SDR уже не хватает, и наш XTRX приходится как нельзя к месту.
Кстати, ESA готова выделять существенные гранты для открытых разработок на пересечение SDR, открытого софта и спутниковой связи. Мы недавно встречались с Frank Zeppenfeldt, который занимается в ESA развитием и финансированием перспективных проектов в сфере спутниковой связи, и он
приглашал российские проекты с SDR для спутниковой связи подавать заявки на гранты ESA.
Тема SDR теперь уже не новая, на рынке много предложений. Чем объясняется интерес именно к вашим решениям?
У нас “крутое” решение. Если серьезнее, то практически все компании на рынке SDR специализируются на решениях “настольного типа”. Решениями для промышленного применения, с выбором промышленных компонентов, продумыванием теплоотвода, применением надежных разъемов и т.п. занимаются единицы.
Например, в промышленных решениях нельзя использовать такой ненадежный интерфейс, как USB - лучше использовать форм-фактор miniPCIe, пригодный для промышленного применения. В таком форм-факторе платы SDR выпускают всего две компании - это чикагский Epiq и мы.
Нас часто спрашивают, есть ли у нас вариант в форма-факторе M.2. Мы планируем такой вариант, но пока что ждём клиента, готового заплатить за разработку или заказать крупную партию. Производители ноутбуков, десктопов уже перешли на использование устройств с форм-фактором M.2, а в промышленной электронике, в индустриальных компьютерах все консервативнее, там по-прежнему используется в основном miniPCIe.
Fairwaves XTRX - miniPCIe SDR (до 3.7 ГГц, есть модификация до 6 ГГц)
Чем мы отличаемся от Epiq? Продукция Epiq безусловно качественная, но сравнительно дорогая. Наша плата SDR выгодно отличается ценой. Кроме того, наши чикагские коллеги не открывают свой код, а мы предпочитаем работать с открытым ПО. Это позволяет покупателям с легкостью проводить любые интересные им модификации ПО. Для клиентов такая гибкость очень важна.
Благодаря такому подходу, многие из наших покупателей - это R&D центры, научные лаборатории, университеты. Им, как правило, требуется возможность “заточить решение” под конкретные задачи.
В нашем решении задействована FPGA (ПЛИС) Xilinx, в которой достаточно места не только для размещения нашего кода, но также остается некоторый объем памяти, которую покупатель может использовать под свои нужды, например, реализовать там собственный обработчик данных, полученных с SDR.
Зачем обрабатывать данные на SDR? SDR - замечательная идея, но у него есть, что называется “ахиллесова пята”. Как только ты начинаешь использовать его для широкополосных систем передачи данных, появляется большой поток данных, с обработкой которого обычный CPU может не справляться. Поэтому зачастую лучше вести предварительную обработку данных на вычислительных мощностях самого SDR, передавая наружу лишь сравнительно небольшой поток результатов такой предобработки.
Есть и ряд других фич, которые привлекают покупателей выбирать именно наше решение. Например, встроенный GPS, что позволяет достичь высокой стабильности кварцевого генератора - это важно для большинства телекомовских применений. Наши решения приобретают, например, производители решений инфраструктуры для частных (непубличных) сетей сотовой связи.
На базе нашего SDR мы выпускаем пико-соты GSM с мощностью 5 Вт на канал. Кстати, забавно отметить, что операторы сейчас настолько привыкли к более мощным решениям - от 40 Вт и более, что зачастую с трудом воспринимают концепцию маломощного, низкобюджетного решения, которое в ряде применений не отличается по эффективности применения от “классики”, но при этом намного компактнее и дешевле.
Для применений в Африке и в целом для любых сайтов, где в системе энергопитания используются солнечные батареи, наши решения с их малым энергопотреблением подходят как нельзя лучше. Учитывая то, насколько актуальной является сейчас проблема обеспечения рентабельности расширения сетей в “глубинке” в тех же странах Африки, это создает неплохой рынок для базовых станций на базе наших SDR.
У вас в линейке продуктов есть и базовые станции 2G / 3G / 4G? Выпускаете их самостоятельно?
Сейчас трудно провести грань, сказать, что “да, это полностью наше решение”. В наших базовых станциях GSM стоит наш SDR. Усилители мощности для базы мы заказываем, их выпускают по нашей спецификации, под наши требования. Одноплатные компьютеры (SBC) мы первоначально закупали на Тайване, пока они использовали старую версию Intel Atom. Но после того, как Intel перестал поддерживать эти чипы, мы поискали какой-то новый вариант, ничего подходящего не нашли и сделали собственное решение на модулях COM Express.
Модуль COM на базе Intel Atom с переходником для установки на радиатор.
Важно отметить, что если не хватает вычислительной мощности Atom, есть возможность устанавливать более мощные процессоры, линейки i5 или i7, сохраняя все ту же “обвязку”. Сейчас готовим версию такого модуля на базе Intel Core i7, на ней можно будет базовые станции LTE выпускать на базе нашего SDR.
Представлены ли вы на российском рынке, как идет бизнес?
В России у нас в первую очередь разработка. Покупают наши изделия на родине немного - меньше, чем нам хотелось бы. Понятно, что в целом на долю России приходится всего около 2% мирового рынка и ждать здесь каких-то гигантских продаж не приходится, но всё равно немного обидно. Основные регионы продаж для нас, - это Америка, Европа, Азия. В России до последнего времени делалось мало самостоятельных разработок в области радио систем. Надеюсь, что это будет постепенно меняться в сторону улучшения.
Когда мы начинали 10 лет назад, мы пытались заниматься производством в России, и это было… как бы так сказать... сложно. Если коротко, то очень сложно было что-то необходимое для производства ввезти, а затем ещё труднее что-то произведенное вывезти. И всё это при более высокой стоимости производства и устаревших технологических процессах. Но именно взаимодействие с таможней убивало любое желание производить в России. Самым простым решением оказалось организовать производство за пределами нашей страны. Это ненормальная ситуация.
Сейчас мы с интересом смотрим на ситуацию. Общаемся с людьми, которые хотят производить оборудование в России на основе наших решений. Перенести в Россию производство печатной платы может быть реально - в зависимости от сложности платы, конечно. Стоимость при этом скорее всего вырастет, так как один Российский рынок не даст больших объёмов, а экспортировать из России проблематично, как я уже говорил. Если государство перестанет создавать барьеры для импорта/экспорта, то это станет более интересно.
Другой разговор, если требовать использования российских компонентов. Для этого потребуется серьезная переделка изделия. Если, скажем, говорить об использовании процессора российского производства, то это будет близко к тому, чтобы с нуля повторить разработку. Цены на такую повторную разработку потенциальные объемы внутреннего рынка не оправдывают. А для внешнего рынка проще использовать компоненты международных поставщиков.
Единственный коммерчески разумный смысл для российской компании, разрабатывающей радиоэлектронные изделия, - разрабатывать продукты, успешные на мировом рынке, с использованием производимых в мире компонентов, которые доступны практически везде. И потом уже “возвращать” продукт на российский рынок. Можно идти и по китайскому пути - брать технологию, вливать в нее миллиарды долларов и ждать лет 5-10, пока “прорастет” - но это путь государства, не небольшой частной компании.
Ваша компания также занимается темой OpenRAN, расскажите об этом направлении.
Идеология OpenRAN родилась в рамках совместного проекта операторских групп Vodafone и Telefonica c Intel в Telecom Infra Project. Операторы “устали” от монополизации рынка китайскими вендорами, да и более традиционные вендоры их не слишком радовали. Краеугольный камень проблем, с которыми столкнулись операторы - невозможность развития сетей сотовой связи нового поколения без существенного снижения стоимости решений инфраструктуры. Традиционные вендоры, разумеется, к существенному снижению расценок не готовы.
В выступлении на TIP Summit год назад, было выступление Vodafone и Telefonica, где они рассказали про монополию Huawei и своё видение будущего. Для существенного снижения стоимости оборудования, необходимы новые подходы. Исторически, Huawei начал активный выход на рынок инфраструктуры сотовой связи, когда появилась технология 4G/LTE. И практически захватил рынок, поскольку использовал маркетинговые ходы, которые сводились к посылу “мы сделаем вам все то же самое, что делали для вас ваши традиционные поставщики, но на 30% дешевле”. В итоге множество сетей LTE в мире построены на решениях Huawei. Этому способствовало также то, что на этапе “штурма” мирового рынка Huawei был еще сравнительно небольшой и безусловно гибкой компанией, которая внимательно слушала заказчиков, реагировала на их просьбы, быстро внедряла инновации. За прошедшие с момента начала развертывания сетей LTE годы, Huawei “забронзовел” и стал очень похож на других вендоров по части “гибкости” и “темпов” внедрения инноваций. Да и цены, если считать с учетом “полной стоимости владения”, уже не выглядят столь привлекательными.
В такой ситуации идеи создания открытой экосистемы решений для построения сетей сотовой связи набирают все больше сторонников, надеющихся на то, что это позволит ускорить инновации и приведет к снижению цен на решения. OpenRAN это не столько про технологии, сколько про идеологию, про то, как строить экосистему, как строить сети. Идея в том, что вместо одного гигантского и неповоротливого вендора “на все руки”, взаимодействовать с множеством мелких вендоров, активно конкурирующих между собой, что и должно привести к ускорению инноваций, снижению цен и повышению эффективности в отрасли.
Понятно, что это пока больше мечта о будущем. Первые решения OpenRAN не будут дешевле, ведь еще не сложился такой рынок, а, значит, нет объемов, что не позволит производить решения дешево. Но крупные операторы вроде Vodafone и Telefonica к этому морально готовы, так как не видят другого выхода.
Мы выполняли расчеты по оценке себестоимости производства базовых станций для Vodafone. У нас получилось, что доля стоимости “радиоголов” (RRH) в цене базовых станций - около 50-60%, еще порядка 10-15% это ПО. Понятно, что даже с OpenRAN не нужно иметь 50 конкурирующих производителей радиоголов, потому что из-за недостаточных объемов их продукция не сможет быть дешевой. Но иметь 4-5-6 таких поставщиков - актуальная задача.
То же касается и “вычислительной части” сетевого оборудования. Раньше здесь все делалось на специализированных процессорах - DSP (Прим.АБ: digital signal processor - процессор цифровой обработки сигналов) или на плисах (прим АБ: ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема). Сейчас идет переход на архитектуру x86, уже есть решения для 5G на x86. Почему? Потому что после массового распространения SDR появились компании, которые разрабатывают софт для базовых станций на базе x86, поскольку это существенно проще. При этом расходы на R&D, да и сам процесс R&D, по-сути делятся между многими участниками рынка - очередной пример sharing экономики. Вендор радиоголов инвестирует в R&D радиоголов, вендор софта - в софт и так далее.
Наличие по каждому компоненту решения набора небольших компаний, конкурирующих друг с другом, стимулирует как иновации вообще, так и поиск каких-то нишевых направлений, где они могут чувствовать себя увереннее конкурентов. Например, кто-то выпускает простые, но дешевые решения, кто-то дорогие, но очень мощные. В итоге у операторов появляются значительно больше возможности для выбора и маневра.
Расскажите пожалуйста об O-RAN, как это относится к вашему бизнесу?
Раньше для подключения радиоголов (RHH) к процессору сигналов BBU чаще всего использовали CPRI (Common Public Radio Interface). Он специфицирован не в полном объеме и сейчас сложилась такая ситуация, что, например, RHH Nokia не может работать с BBU Huawei и наоборот, хотя все они используют CPRI. Из-за этого на рынке очень мало независимых вендоров RHH. Это или те, кто разрабатывает и выпускают радиоголовы, которые затем под собственным брендом продают ведущие вендоры решений инфраструктуры для операторов сотовой связи, или те, кто делает радиоголовы для специальных применений.
Здесь также просматривается решение проблемы. Есть альянс O-RAN, некоторые его даже путают с OpenRAN из-за схожести названий. Эти две “параллельные” истории, в “идеологическом” смысле близки друг другу, но они о разном. Если O-RAN это о разработке стандартов, то OpenRAN - рыночная история, идеология построения сетей сотовой связи.
На рынке сейчас есть два вида “давления” - экономическое и идеологическое. И когда сейчас Vodafone взаимодействует с OpenRAN, то стороны молчаливо подразумевают, что решения OpenRAN скорее всего будут соответствовать стандартам O-RAN. Тем более, что CPRI изначально не был предназначен для использования в сетях 5G.
Сейчас в сетях 5G вместо “простого” RRH будет использоваться куда более “умный” DU с собственными вычислительными мощностями. И вместо BBU будет CU. И так называемые “сплиты” будут решать, что именно будет обрабатываться непосредственно в DU, а что в CU. Вариантов сплита будет несколько, например, сплит-8, это по-сути старая “простая” голова, в которой есть только антенна и АЦП/ЦАП, куда подается уже готовый сигнал, создаваемый CU. Другие варианты сплита - для вариантов, где в DU стоят процессоры, способные выполнять значительную долю работы CU. То есть границу разделения “кто что делает в плане вычислений” теперь можно при необходимости двигать между радио с собственным вычислителем и вычислительными мощностями CU. Вычислительные мощности в DU нужны потому, что их требует, например, поддержка такой важной для 5G технологии, как MIMO.
В концепции OpenRAN сплиты сертифицированы, в отличие от CPRI, в котором спецификации сплитов нет.Поэтому 5G будет строиться на спецификациях O-RAN. Что должно повысить возможности интеграции, например, DU одного вендора должны будут уметь работать с CU любого другого вендора. Сейчас основные производители радиоголов готовятся выпускать их стандартизованными под сплит 7.2 O-RAN.
В начале 2019 года мы участвовали в демо 5G 16T16R в рамках созданного для этого консорциума. Все получилось, оборудование на наших SDR успешно работало.
В O-RAN заложены и другие изменения, которые упрощают жизнь производителям. Если в CPRI для соединения RRH и BBU использовался оптоволоконный кабель и для работы с таким интерфейсом требовались ПЛИС, то O-RAN для соединения DU и CU требует лишь обычного Ethernet 10 Гбит/c.
Как OpenRAN повлияет на отрасль? Какие перспективы у российских операторов?
Концепция OpenRAN формируется прямо сейчас, на наших глазах и с нашим непосредственным участием. Изначально было разделение на hardware вендоров и software вендоров. Затем добавилось понимание, что нужны node интеграторы и network интеграторы.
В ближайший год отрасль пройдет, что называется, переломный момент. Достаточно, чтобы один крупный оператор перешёл на развитие по пути OpenRAN, и путь развития всей индустрии будет предопределён, начнётся “эффект домино”. OpenRAN - из тех технологий, когда “фарш невозможно провернуть назад”.
С технологической точки зрения уже понятно, что двумя столпами OpenRAN будут базовые станции на основе x86 и fronthaul протоколы вроде O-RAN. Первое даёт возможность разделить hardware от software, а второе открывает дорогу независимым производителям RRH. Но это же создаёт и новые технологические задачи, к которым пока что никто не готов. И это открывает для российских компаний, - как вендоров, так и операторов, - уникальное окно возможностей. Например, мы были одной из первых компаний, которая сделала базовую станцию на x86. Причём эти базовые станции не просто спроектированы, они уже давно выпускаются и работают “в поле”. Мы накопили годы опыта проектирования и эксплуатации базовых станций на x86 и SDR.
Для наших операторов это прекрасная возможность перестать быть “трубой”, установить технологическое лидерство на много лет вперёд. Вместо глупой гонки “кто быстрее договорится с китайцами о пилотной зоне 5G” - подумать, как строить коммерчески успешную сеть в следующие 5-10 лет. Вместо попытки схватить убегающий поезд мессенджеров за хвост - заняться тем, в чём они действительно хорошо разбираются, и сделать решение, которое можно предлагать другим операторам связи по всему миру. С идеологией OpenRAN и с нашим опытом, это можно сделать на порядок дешевле, чем лицензируя устаревшие технологии у крупных европейских или китайских вендоров. В отличие от “локализации” лицензированных технологий, это возможность быть на острие новых технологий И заработать денег одновременно.
Как вы относитесь к российским решениям для сетей сотовой связи, которые сейчас активно разрабатываются?
Кроме нас, я пока не вижу, чтобы кто-то что-то разрабатывал. Как говорилось выше, есть попытки локализовать технологии крупных вендоров. Это тупиковая ветвь развития.
Что сейчас больше всего тормозит развитие Fairwaves?
Сложности с привлечением венчурного финансирования. Инвесторы не особо жалуют компании, занимающиеся телекомом, особенно в области оборудования RAN. Нам приходится, по сути, развиваться на собственные средства, что ограничивает темпы нашего роста. От каких-то клиентов, даже крупных, приходится отказываться из-за отсутствия ресурсов. Это обидно, так как именно сейчас есть “окно возможности” зайти на рынок и стать одним из лидеров. Сможем ли мы это сделать без внешних инвестиций - пока что остаётся открытым вопросом.
Какие у Fairwaves планы на будущее?
Продолжать делать то, что у нас получается лучше всего - разрабатывать сложные технологические решения в области радиосвязи. В области SDR мы будем расширять продуктовую линейку, развивать экосистему программного обеспечения поддерживающего нашу продукцию. С этим всё просто, так как конкурентов практически нет.
В области телекома - продолжаем разработки инновационных решений, которые архитектурно опережают то, что делают крупные вендоры. В идеале - делать эти разработки в России.
----
