Acceleration architectures in cloud radio access networks

Thumbnail Image

Files

master_Hämekoski_Pyry_2024.pdf (3.19 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-11-18

Department

Major/Subject

Microelectronic Circuit Design

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Electronics and Nanotechnology

Language

en

Pages

75

Series

Abstract

The demand for computing resources is ever-increasing due to the emergence of new resource intensive applications like fifth generation (5G) radio access networks (RAN), artificial intelligence (AI) and machine learning (ML). However, due to the slowdown of Moore's law, traditional processor architecture cannot keep up with the rising computing demands. As a response, the IT industry is moving strongly towards application-specific hardware design. In the RAN industry, this can be seen as the need for hardware accelerators for certain signal processing functions. In addition, the RAN industry is moving towards Cloud-RAN to make resource usage more efficient. However, challenges arise when integrating hardware accelerators into cloud environments, as the process is not currently standardized. Thus, in the RAN industry, standardization efforts are underway by, e.g. the O-RAN Alliance. The O-RAN Alliance was founded by mobile network operators to make radio access networks more open. A specification provided by the O-RAN Alliance is the Acceleration Abstraction Layer, which deals with incorporating accelerators into RANs. This thesis consists of a literature analysis and implementation of a open-source software component that fulfills the Acceleration Abstraction Layer Interface Common Management (AALI-C-Mgmt) specification from the O-RAN Alliance. The literary analysis provides insight into other common hardware accelerators, such as GPUs. This thesis explains the architecture of the created component and the decisions taken at each implementation step. Then the software component is tested and verified according to the specification, and the software component and the specification itself are reviewed. It was identified that while the component works as expected, due to the incomplete state of the specification, an implementation needs to take some liberties in some specific operations and parameters. The implementation was also tested in a real-world scenario using an Intel RAN accelerator and associated hardware accelerator manager (HAM). Although it was identified that the Intel-provided HAM does not fulfill the requirements set by the specification, it was still possible to manage accelerators with limited functionality.

Tekoäly ja koneoppiminen, kuten monet muutkin tietotekniikan uudet sovellukset, vaativat jatkuvasti lisää laskentatehoa. Mooren lain hidastumisen takia yleiskäyttöisten suorittimien nopeus ei kuitenkaan enää kasva vaaditussa tahdissa. Tietotekniikassa joudutaankin siirtymään voimakkaammin sovelluskohtaisiin laitteistoihin. Radioliityntäverkoissa tämä tarkoittaa sovelluskohtaisten kiihdyttimien tarvetta signaalinkäsittelyssä. Kiihdyttimien integrointi ja standardointi erilaisiin tietokoneympäristöihin on kuitenkin vasta käynnissä. Radioliityntäverkoissa standardisointiin liittyvät työt ovat kuitenkin käynnissä esim. O-RAN Alliance:n toimesta. Tietoliikennealan toimijat ovat perustaneet O-RAN Alliance:n lisätäkseen radioliityntäverkkojen avoimuutta. Yksi järjestön kontribuutiosta on Acceleration Abstraction Layer, joka luo myös tärkeän peruskiven käsillä olevalle työlle. Tämä spesifikaatio liittyy nimenomaan kiihdyttimien integrointiin radioliityntäverkoissa. Tämä diplomityö koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja Acceleration Abstraction Layer Common Management (AALI-C-Mgmt) spesifikaation mukaisen tietokoneohjelmiston implementaatio -osiosta. Kirjallisuuskatsauksessa selvitetään, miten muut yleisesti käytössä olevat kiihdyttimet, joilla on standardoituja toimintamalleja, kuten näytönohjaimia, toimivat. Diplomityössä esitetään toteutetun komponentin arkkitehtuuri ja implementointivaiheissa tehdyt ratkaisut. Sen jälkeen komponentti testataan ja verifioidaan spesifikaation mukaan. Lisäksi komponenttia ja itse spesifikaatiota analysoidaan. Vaikka komponentti toimii kuten oli oletettu, spesifikaatio ei ole tällä hetkellä valmis, joten komponentin toteutuksessa on jouduttu ottamaan tiettyjä vapauksia. Komponenttia testataan myös todellisen maailman testissä, jossa käytetään Intelin kiihdytintä ja siihen liittyvää laitteistokiihdyttimen hallintaohjelmistoa. Vaikka kyseinen hallintaohjelmisto ei täytä AALI-C-Mgmt spesifikaation asettamia vaatimuksia, implementaation avulla oli mahdollista hallita kiihdyttimiä rajoitetusti.

Description

Supervisor

Ryynänen, Jussi

Thesis advisor

Karppinen, Jari

Keywords

O-RAN, AALI-C-Mgmt, RAN, radio access network, acceleration abstraction layer, hardware accelerator

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202412167826

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC