Idoia Haro Alonso
Vaifro Dariol
Gabriel Caffarena Fernández
Un ejemplo de creación de capacidades estratégicas en microelectrónica, telecomunicaciones e inteligencia artificial.
Malaga Microelectronics Centre: capacidades para las redes del futuro
La transformación digital europea requiere capacidades propias en ámbitos estratégicos como las telecomunicaciones, la inteligencia artificial y los semiconductores. En este contexto, el proyecto Malaga Microelectronics Centre, iniciado en 2022, ha permitido a Vodafone Intelligent Solutions reforzar sus capacidades de investigación, desarrollo y validación de tecnologías para las futuras redes móviles.
Este proyecto ha sido financiado en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, a través de la inversión C12.I4 – PERTE Chip, aprobada por el Gobierno de España y coordinada por el Ministerio de Industria y Turismo. Asimismo, está alineado con el Proyecto Importante de Interés Común Europeo sobre Microelectrónica y Tecnologías de la Comunicación, IPCEI ME/TC.
No solo se han desarrollado soluciones ASIC, sino que también se ha creado en el Vodafone Innovation Hub de Málaga un laboratorio End-to-End de Open RAN (Radio Access Network) con capacidades de diseño, prototipado y test de chips. Este entorno permite abordar de forma conjunta el proceso que va desde los algoritmos y las arquitecturas de procesado hasta su implementación y validación en plataformas de telecomunicaciones. La combinación de capacidades de red, software y silicio facilita estudiar las tecnologías no como elementos aislados, sino como partes de un sistema completo.
Actividades realizadas
A lo largo del proyecto se han desarrollado actividades de integración y testeo de sistemas Open RAN, diseño y verificación ASIC, fotónica integrada aplicada a la unidad de radio, evaluación de plataformas de computación y optimización energética, así como el uso de la IA para la optimización de la RAN. Todo ello combina conocimiento de red, algoritmos, software y silicio. En esta publicación elegimos tres ejemplos para ilustrar el alcance de las capacidades creadas.
Fotónica integrada para unidades de radio de nueva generación
En colaboración con la Universidad de Málaga, Vodafone ha explorado el traslado de funciones de beamforming al dominio óptico mediante fotónica integrada. El beamforming es una técnica que coordina las señales de varios elementos de antena para concentrar la transmisión o la recepción en una dirección determinada, mejorando la cobertura y la capacidad. Esta línea de trabajo responde a una necesidad fundamental de las unidades de radio de nueva generación: procesar y dirigir señales de múltiples elementos de antena manteniendo bajo control la complejidad, las pérdidas y el consumo eléctrico.
El trabajo ha avanzado desde el concepto hasta una primera validación, incluyendo el desarrollo del primer chip fotónico de Vodafone para beamforming óptico y su evaluación en configuraciones de 16 elementos de antena. Este avance ha permitido conectar la definición funcional con el diseño del dispositivo y con el análisis de su integración en una arquitectura de comunicaciones. De este modo, la investigación no se ha limitado al componente fotónico, sino que ha considerado su contribución dentro del sistema de radio.
También se han desarrollado herramientas propias de simulación para estudiar el direccionamiento del haz, el beam squint (la desviación de la dirección del haz según cambia la frecuencia), las pérdidas de inserción y el rendimiento antes de la fabricación. Estas herramientas permiten anticipar el comportamiento de diferentes configuraciones y analizar cómo las decisiones tomadas en el dominio óptico afectan al resultado global. La capacidad de simular, comparar y validar previamente reduce la distancia entre una idea tecnológica y su evaluación en una configuración representativa.
En conjunto, este trabajo abre la puerta a unidades de radio más eficientes, precisas y escalables.
Tecnología Intel 18A-P y aceleración hardware para Massive MIMO
El Malaga Microelectronics Centre también está reforzando su colaboración estratégica con Intel Foundry para trabajar con Intel 18A-P, la tecnología más avanzada de fabricación de semiconductores. El acceso y el aprendizaje sobre este tipo de procesos permiten desarrollar bloques de silicio de altas prestaciones y bajo consumo para AI-RAN y para las futuras redes 5G y 6G, al tiempo que fortalecen la capacidad de diseñar soluciones propias dentro del ecosistema de chips.
Sobre esta base tecnológica, Vodafone está desarrollando una IP propia de ecualización MU-MIMO para el enlace ascendente, orientada a sistemas de radio de próxima generación. La solución está concebida para su integración tanto en procesadores de banda base de la unidad de radio, RU, como en plataformas de aceleración de la estación base, DU. Como bloque hardware reutilizable, puede facilitar su incorporación en futuros diseños de semiconductores y reducir el esfuerzo necesario para desarrollar nuevas plataformas.
El trabajo ha incluido la definición de la arquitectura, el desarrollo RTL y la verificación ASIC, prestando especial atención a la escalabilidad, el alto rendimiento y la adaptación del consumo energético a la demanda de la red. Esta línea de trabajo muestra cómo el conocimiento de los algoritmos de comunicaciones puede trasladarse a silicio avanzado y convertirse en una IP reutilizable, verificable y preparada para sistemas de radio de nueva generación.
Benchmarking y computación eficiente
El Malaga Microelectronics Centre también ha permitido consolidar capacidades de benchmarking para evaluar de forma objetiva procesadores, aceleradores y arquitecturas heterogéneas en el contexto de la RAN. En un entorno en el que las funciones de telecomunicaciones y de inteligencia artificial pueden ejecutarse sobre plataformas muy distintas, disponer de una metodología común de evaluación resulta esencial para comparar alternativas con criterios homogéneos.
Estas capacidades permiten analizar prestaciones como la latencia y el throughput, pero también la eficiencia energética, la escalabilidad y el comportamiento ante cargas de trabajo de telecomunicaciones e inteligencia artificial. La evaluación conjunta de estos parámetros evita que las decisiones se basen únicamente en el rendimiento máximo y permite considerar el equilibrio entre capacidad de proceso, consumo y adaptación a distintos niveles de demanda.
El análisis a nivel de sistema ayuda asimismo a identificar cuellos de botella, validar decisiones de diseño y comprobar si una mejora introducida en un componente se convierte realmente en una ventaja medible en condiciones de operación. De esta forma, el benchmarking actúa como nexo entre el diseño de algoritmos, las plataformas de computación y la validación End-to-End, aportando una visión objetiva sobre el impacto real de las innovaciones de procesado.
La siguiente etapa: de Open RAN a AI-RAN
Las capacidades creadas en el Malaga Microelectronics Centre proporcionan una base sólida para la siguiente evolución de las redes: la convergencia entre telecomunicaciones e inteligencia artificial. Vodafone cuenta con una fuerte presencia en la AI-RAN Alliance, desde la que contribuye a impulsar el empleo de la IA para mejorar la red, integrar inteligencia en sus funciones y aprovechar infraestructuras de computación compartidas para cargas de trabajo de RAN e IA.
El laboratorio evolucionará incorporando nuevas capacidades de computación para inteligencia artificial. Esta ampliación permitirá evaluar cargas de trabajo AI-for-RAN (uso de la inteligencia artificial para optimizar el funcionamiento de la RAN), crear plataformas heterogéneas que combinen aceleradores desarrollados internamente y GPU, y generar flujos completos de IA que cubran desde la incorporación y preparación de los datos y el entrenamiento hasta la inferencia, permitiendo una distribución eficaz entre el edge y la nube. El objetivo es mantener una visión completa del sistema y analizar conjuntamente algoritmos, plataformas de ejecución, eficiencia y comportamiento de red.
De este modo, las soluciones encontradas y el conocimiento acumulado en Open RAN, diseño de chips, aceleración hardware, fotónica, benchmarking, eficiencia energética y despliegue de IA para optimización de la RAN se conectan directamente con AI-RAN. La creación del laboratorio no solo ha generado resultados tecnológicos concretos, sino también una infraestructura y unas capacidades que refuerzan el ecosistema español de semiconductores y preparan el camino hacia redes estandarizadas, inteligentes y eficientes.