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6. 生成AIで作成する5Gインフラ装置の汎用ハードウェア利用状況の推定

Last updated at Posted at 2025-04-22

目次

1. エグゼクティブサマリー

本レポートは、主要なモバイルキャリアによって展開されている最新の高性能・高機能な5GシステムのgNB（次世代NodeB）と5GC（5Gコアネットワーク）における汎用ハードウェアの利用状況を推定したものです。5Gコアネットワークにおいては、クラウドネイティブな設計により、汎用ハードウェアの利用が90〜100%に達していると推定されます。一方、gNBにおいては、その構成要素であるCU（集中ユニット）、DU（分散ユニット）、RU（無線ユニット）で汎用ハードウェアの利用状況が異なり、全体としては40〜70%の範囲にあると推定されます。CUでは90〜100%、DUは50〜80%の汎用ハードウェアが利用されているのに対し、RUでは無線信号処理の特性上、10〜30%に留まると考えられます。この傾向は、コスト効率、柔軟性、SDN/NFV（ソフトウェア定義ネットワーク/ネットワーク機能仮想化）の普及、Open RANの推進といった要因によって強く影響されています。

2. 序論：5Gネットワークにおける汎用ハードウェアへの進化

従来のモバイルネットワークインフラストラクチャは、特定のネットワーク機能を実行するために設計された専用のプロプライエタリなハードウェアに大きく依存してきました。例えば、4G LTEネットワークにおける基地局（eNodeB）やコアネットワーク（EPC）は、単一のベンダーから提供されるハードウェアとソフトウェアが緊密に統合されたシステムであることが一般的でした [1]。しかし、第5世代移動通信システム（5G）では、ネットワークアーキテクチャに大きな変化が見られます。特に、5Gコアネットワーク（5GC）におけるクラウドネイティブな原則とサービスベースアーキテクチャ（SBA）の採用 [1]、そしてgNB（次世代NodeB）の集中ユニット（CU）、分散ユニット（DU）、無線ユニット（RU）への機能分離 [1] が進んでいます。

これらのアーキテクチャの進化に伴い、商用オフザシェルフ（COTS）サーバーなどの汎用ハードウェアが、これらの分離・仮想化されたネットワーク機能を展開する上でますます重要な役割を果たすようになっています。この背景には、設備投資（CAPEX）と運用コスト（OPEX）の大幅な削減 [3]、ネットワーク運用における柔軟性と俊敏性の向上 [4]、そして新しいサービスの迅速な展開 [6] へのニーズがあります。5Gにおける汎用ハードウェアへの移行は、単なるコスト削減策ではなく、多様で要求の厳しい5Gのユースケースをサポートするために必要な柔軟性と拡張性を実現するための根本的なアーキテクチャの進化を意味しています。これは、過去の世代の硬直的でハードウェア依存型のモデルからの明確な脱却と言えるでしょう。

3. 最新5Gネットワークアーキテクチャの理解

3.1 gNBの分解：CU、DU、RU - その機能と従来のハードウェア

gNBの論理アーキテクチャは、3GPPリリース15で定義されているように、F1インターフェースで接続された集中ユニット（CU）と1つ以上の分散ユニット（DU）で構成されます [1]。CUはさらに、CU制御プレーン（CU-CP）とCUユーザープレーン（CU-UP）に分割できます [16]。各ユニットの典型的な機能は以下の通りです。

  • RU（無線ユニット）: 主に、ユーザー機器（UE）との間の無線周波数（RF）信号の送受信を担当します [19]。デジタルフロントエンド（DFE）、下位物理層（PHY）機能、およびデジタルビームフォーミングを処理します [19]。従来、特殊な無線ハードウェア、電力増幅器 [45]、RFIC [46]、および高性能信号処理用のFPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはASIC（特定用途向け集積回路）を使用して実装されてきました [19]。
  • DU（分散ユニット）: RUの近くに配置され、スケジューリングやデータリンク制御などのリアルタイムレイヤー1（上位PHY）およびレイヤー2（MAC、RLC）機能を処理します [1]。従来は専用のベースバンドユニット（BBU）を使用していましたが、トレンドとしては、COTSサーバー上での仮想化が進んでおり、計算負荷の高いPHYレイヤーのタスクにはFPGAまたはSmartNICベースのアクセラレーションが使用されることがあります [19]。
  • CU（集中ユニット）: モビリティ制御、無線リソース管理（RRM）、セッション管理、5Gコアへの接続など、非リアルタイムの上位レイヤー2（PDCP）およびレイヤー3（RRC）機能を担当します [1]。リアルタイム処理の要件が比較的緩いため、CUは高度に仮想化可能であり、集中型または地域型のクラウドデータセンターのCOTSサーバーへの展開に適しています [18]。

主要なインターフェースとしては、CUとDUを接続するF1インターフェース（制御プレーン用のF1-C、ユーザープレーン用のF1-U） [1]、およびDUとRUを接続するフロントホールインターフェース（eCPRI/CPRIまたはNGFI） [16] が挙げられます。

gNBアーキテクチャにおける機能分離は、汎用ハードウェアの採用を促進する重要な要素です。gNBを異なる処理要件を持つユニットに分離することで、ターゲットを絞ったハードウェアの選択が可能になり、上位レイヤー（CU）はCOTS上での仮想化に最適である一方、下位レイヤー（RU）は性能重視のタスクのために特殊なハードウェアを保持します。DUは、汎用ハードウェアと高速化ハードウェアの組み合わせがますます一般的になっている移行領域と言えるでしょう。

3.2 5Gコア（5GC）の探求：主要なネットワーク機能（AMF、SMF、UPFなど）とその典型的なハードウェア展開

5Gコア（5GC）は、サービスベースアーキテクチャ（SBA）に基づいて、以下の主要なネットワーク機能（NF）で構成されています。

  • AMF（アクセスおよびモビリティ管理機能）: UEのモビリティ、登録、接続管理、および認証を管理します [2]。
  • SMF（セッション管理機能）: UEセッションの確立、変更、および解放、IPアドレス割り当て、およびQoS制御を処理します [2]。
  • UPF（ユーザープレーン機能）: ユーザーデータトラフィックの転送、パケットルーティング、およびQoS適用を担当します [2]。
  • PCF（ポリシー制御機能）: ポリシー規則を管理し、他の制御プレーン機能に提供します [2]。
  • NRF（NFリポジトリ機能）: ネットワーク機能情報の中央リポジトリとして機能し、サービスディスカバリーを可能にします [3]。
  • AUSF（認証サーバー機能）: ユーザー認証およびセキュリティ関連機能を処理します [2]。
  • UDM（統合データ管理）: ユーザー関連データおよび加入者プロファイルを管理します [2]。
  • その他、NSSF、NEFなどのNF [3]。

5GCはクラウドネイティブな設計であり、これらのNFはソフトウェアエンティティ（マイクロサービス、コンテナ）として設計され [4]、HTTP/2などのプロトコルを使用して標準化されたサービスベースインターフェース（SBI）を通じて相互に通信します [9]。5CG機能は通常、データセンターまたはクラウド環境（パブリック、プライベート、ハイブリッド）の汎用サーバーに展開されます [4]。クラウドネイティブな性質は、俊敏性、拡張性、および回復力を促進します。仮想化（NFV）およびコンテナ化技術は、ソフトウェアを基盤となるハードウェアから分離することにより、この展開モデルを可能にする上で重要な役割を果たします [4]。

5Gコアアーキテクチャは、汎用ハードウェアへの展開を本質的に意図して設計されています。クラウドネイティブな原則と、すべてのコア機能に対する仮想化およびコンテナ化の使用により、特殊なハードウェアは、おそらく特定のパフォーマンス最適化または汎用インフラストラクチャを補完するセキュリティアプライアンスを除いて、ほとんど不要になります。

3.3 専用ハードウェアから仮想化およびクラウドネイティブ環境への移行

5Gは、ネットワーク機能を専用ハードウェアアプライアンスに展開する従来のモデルから、より柔軟なソフトウェア中心のアプローチへの大きな転換を表しています [2]。ネットワーク機能仮想化（NFV）は、ネットワーク機能をプロプライエタリなハードウェアから分離し、標準的な商用オフザシェルフ（COTS）サーバー上で仮想ネットワーク機能（VNF）またはクラウドネイティブネットワーク機能（CNF）として実行できるようにすることで、重要な役割を果たします [6]。この移行には、CAPEXとOPEXの大幅な削減、サービス展開とネットワーク管理における俊敏性の向上、変動する需要に対応するための拡張性の向上、およびベンダーとテクノロジーの選択における柔軟性の向上など、数多くの利点があります [27]。

5Gにおける汎用ハードウェアの利用増加の背後にある根本的な推進力は、業界全体での仮想化とクラウドネイティブパラダイムの採用です。これらのアプローチは、経済的な利点を提供するだけでなく、最新の電気通信の動的で進化する状況に必要な不可欠な柔軟性と拡張性も提供します。

4. 5G gNBにおける汎用ハードウェア

4.1 CUおよびDUにおける商用オフザシェルフ（COTS）サーバーの使用の可能性の分析

  • CUは、上位レイヤープロトコル（RRC、PDCP、SDAP）の非リアルタイム処理を担当するため [16]、仮想化に非常に適しており、集中型または地域型のクラウドデータセンターのCOTSサーバーへのソフトウェアとしての展開に最適です [18]。COTSベースのクラウドインフラストラクチャが提供するリソースプーリング機能は、CUの機能とよく合致しています。
  • DUは、PHYレイヤーの一部、MAC、RLCなどのより時間的制約の厳しい機能を担当しますが [16]、ネットワークエッジまたは基地局の近くに配置されたCOTSサーバー上での仮想化と実行も増加しています [19]。DUの低遅延および高スループットの要件を満たすために、COTSサーバーには、信号処理や前方誤り訂正（FEC）などの計算負荷の高いタスクをオフロードするために、FPGAやSmartNICなどのハードウェアアクセラレータが搭載される場合があります [19]。
  • CUとDUの両方の機能を汎用コンピューティングプラットフォーム上のソフトウェアとして実装する**Cloud RAN（vRANまたはOpen RAN）**の概念も存在し、スケーラビリティと柔軟性を提供します [19]。O-RANなどのイニシアチブは、RANにおけるオープンインターフェースとCOTSハードウェアの使用をさらに推進しています [16]。

CUはその本質的な仮想化への適合性から汎用ハードウェアの利用率が非常に高いと予想される一方、DUはより複雑な状況を示しています。COTSサーバーの利用は増加傾向にありますが、特定の機能における性能の必要性から、汎用プロセッサと並行して特殊な高速化ハードウェアの継続的な利用が一般的である可能性があります。

4.2 RUおよび特定のベースバンド処理機能における特殊ハードウェア（FPGA、ASIC）の役割

  • RUは、無線信号の直接的な送受信に関与するため、速度、遅延、電力効率の点で最も厳しい性能要件があります [19]。従来から、そして現在でも依然として、これらの要求は、デジタル信号処理（DSP）、フィルタリング、変調、およびその他のRF関連タスクに最適化されたFPGAやASICなどの特殊なハードウェアによって満たされています [19]。
  • PHYレイヤー内の特定のベースバンド処理機能は、PHYの一部がDUで仮想化されている場合でも、必要なリアルタイム性能を実現するために専用のハードウェアアクセラレータの恩恵を受ける、あるいは必要とする可能性があります [19]。たとえば、前方誤り訂正（FEC）および高速フーリエ変換/逆高速フーリエ変換（FFT/IFFT）演算は、多くの場合、特殊なハードウェアにオフロードされます [19]。
  • ファーウェイ、エリクソン、ノキアなどの主要ベンダーは、独自のベースバンド処理用ASICを開発する能力を持っていますが、AMD（ザイリンクス）やインテルなどの企業からの市販のFPGAも、その柔軟性と市場投入までの時間の短さから、RUおよびDUハードウェアで広く使用されています [48]。

無線ユニットは、gNBにおいて汎用ハードウェアの利用率が最も低いと考えられます。無線信号の直接処理と、集中的なリアルタイム処理要件により、特殊なRFコンポーネントとFPGAやASICなどのプログラマブルロジックデバイスへの依存が依然として必要です。RU内のいくつかの制御および管理機能は、組み込みの汎用プロセッサによって処理される可能性がありますが、コア信号処理は特殊ハードウェアの領域に残ります。

4.3 Open RAN（O-RAN）イニシアチブがハードウェアの分離とベンダーの多様性に与える影響

  • Open RAN（O-RAN）アライアンスは、RU、DU、およびCU間のオープンで標準化されたインターフェースを推進しています [4]。この分離により、モバイルキャリアは、従来の単一ベンダーによるロックインから脱却し、異なるベンダーから最適なハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントを選択できます [19]。
  • O-RAN仕様、特に7.2x機能分割 [16] は、DUとRU間の低レベル分割を定義しており、これにより、RUが下位PHYおよびRF機能に焦点を当てる一方で、DUにおいてより標準化され、潜在的にはCOTSベースのハードウェアの使用が促進される可能性があります [16]。
  • O-RANはオープンインターフェースの使用を奨励していますが、RUは特殊な性質のため、依然として特定のハードウェアが必要となる可能性がありますが、オープンインターフェースにより、多様なベンダーからのより多くの選択肢とイノベーションの可能性が生まれます [19]。ただし、DUでは、O-RANによって推進されているように、標準化されたインターフェースを備えたCOTSサーバーへの展開がより明確な傾向として見られます [26]。

O-RANイニシアチブは、gNBにおける汎用ハードウェアの割合、特にDUにおいて増加させる重要な触媒です。オープンインターフェースと分離を推進することにより、O-RANは、RUにおいて性能要件が最も重要な場合に特殊なハードウェアを依然として許可しながら、RANのより大きな部分に対してCOTSハードウェアの費用対効果と柔軟性を活用することをオペレーターに可能にします。これは、5Gエコシステムにおけるベンダーの多様性の向上にもつながります。

4.4 gNBにおける汎用ハードウェアの割合の推定

上記の分析に基づいて、gNBの各コンポーネントにおける汎用ハードウェアの割合を推定します。

  • 集中ユニット（CU）: その機能が主にソフトウェアベースであり、COTSサーバー上での仮想化に適しているため、汎用ハードウェアの割合が高い可能性があり、おそらく90〜100%の範囲にあると推定されます。
  • 分散ユニット（DU）: 汎用ハードウェアの割合がより穏やかであり、おそらく50〜80%の範囲にあると推定されます。COTSサーバーでの仮想化は増加していますが、特定のPHYレイヤー機能にはハードウェアアクセラレーションが必要となるため、FPGAやSmartNICなどの特殊なコンポーネントが依然として一般的である可能性があります。
  • 無線ユニット（RU）: 汎用ハードウェアの割合が最も低く、10〜30%と推定されます。これは主に、組み込みの汎用プロセッサによって処理される可能性のある制御および管理機能に起因します。コアRFおよび信号処理機能は、特殊なRFIC、電力増幅器、およびプログラマブルロジックデバイスに大きく依存しています。

CU、DU、およびRUの展開比率とハードウェア構成を考慮すると、gNB全体の汎用ハードウェアの推定割合は40〜70%の範囲に収まる可能性があります。これは、異なるベンダー、展開シナリオ（マクロセル対スモールセル [3] など）、およびO-RANの採用の程度によって変動する可能性のある幅広い推定値です。

5. 5Gコアネットワーク（5GC）における汎用ハードウェア

5.1 5GCのクラウドネイティブな性質とそのハードウェアインフラストラクチャへの影響

  • 5Gコア（5GC）は、サービスベースアーキテクチャ（SBA）、マイクロサービス、およびコンテナ化などの原則を採用したクラウドネイティブシステムとして設計されています [4]。これらのアーキテクチャ上の選択は、クラウド環境（パブリック、プライベート、またはハイブリッド）内の汎用サーバーへのネットワーク機能のソフトウェアとしての展開を本質的に支持します [4]。
  • このクラウドネイティブな設計により、個々のネットワーク機能の独立したスケーリング、冗長性と障害分離による強化された回復力、およびCOTSサーバーによって提供される基盤となるハードウェアリソースの効率的な利用などの主要な利点が実現します [4]。
  • 5GCをさまざまなクラウドインフラストラクチャに展開できる柔軟性により、モバイルキャリアは運用およびビジネスニーズに最適な環境を選択できます [4]。

5Gコアのアーキテクチャは、汎用ハードウェアとクラウドコンピューティングの機能に本質的に適合しています。その設計原則は、COTSサーバーが提供するスケーラビリティ、柔軟性、および費用対効果を直接活用し、5GCネットワーク機能を展開するための主要なインフラストラクチャの選択肢となっています。

5.2 5GCにおける仮想化（NFV）およびコンテナ化技術の採用

  • 5GCではネットワーク機能仮想化（NFV）の採用が広く、そして増加しており、モバイルキャリアはコアネットワーク機能を仮想化し、従来のプロプライエタリなハードウェアアプライアンスを置き換えて、COTSサーバー上でソフトウェアとして実行できるようになっています [4]。
  • DockerやKubernetesなどのコンテナ化技術を利用して5GCマイクロサービスを展開する傾向も強まっています。コンテナは軽量なパッケージングと効率的なリソース管理を提供し、汎用インフラストラクチャ上で実行する利点をさらに高めます [4]。
  • NFVとコンテナ化は、5GCの俊敏性に大きく貢献し、新しいサービスの迅速な展開、容易な容量のスケーリング、および運用上の複雑さの軽減を可能にします [6]。

仮想化とコンテナ化は、5Gコアの単なる展開オプションではありません。それらは、汎用ハードウェア上でほぼ完全に動作することを可能にする基本的なアーキテクチャ要素です。これらの技術は、最新のモバイルネットワークの多様な機能とパフォーマンス要件を柔軟かつスケーラブルな方法でサポートするために必要な抽象化とリソース管理機能を提供します。

5.3 主要ベンダーが汎用サーバーおよびクラウドプラットフォームで5GCをどのように実装しているかの分析

  • エリクソン [30]、ノキア [30]、ファーウェイ [62]、サムスン [13] などの主要な5Gインフラストラクチャベンダーはすべて、汎用サーバーおよびAWS [64]、Google Cloud、Azure [84] などのさまざまなクラウドプラットフォームで実行するように明示的に設計されたクラウドネイティブな5Gコアソリューションを提供しています。
  • 具体的な製品と戦略の例：
    • エリクソンのデュアルモード5Gコア（EPCと5GC機能をクラウドネイティブプラットフォームで組み合わせたもの [30]）
    • ノキアのユニバーサルアダプティブコア（クラウドネイティブおよびインフラストラクチャ非依存として構築 [62]）
    • ファーウェイの完全にコンバージェントな5Gコア（クラウドベースアーキテクチャでマルチRATをサポート [82]）
    • サムスンのマイクロサービスアーキテクチャを備えたクラウドネイティブ5Gコア [13]
  • モバイルキャリアが、これらの環境が提供するスケーラビリティ、俊敏性、および運用効率を活用するために、パブリッククラウドプラットフォームに5Gコアネットワークを展開する傾向が高まっていることも注目に値します [58]。

すべての主要な5Gインフラストラクチャベンダーが、汎用ハードウェアとクラウドプラットフォーム上で実行するように設計されたクラウドネイティブな5Gコアソリューションを開発および推進するという一貫した戦略は、5Gコアネットワークにおいてこのアプローチが支配的であるという業界全体のコンセンサスを強く示唆しています。

5.4 5GCにおける汎用ハードウェアの割合の推定

5Gコアの基本的なクラウドネイティブ設計、仮想化およびコンテナ化の広範な採用、主要ベンダーの実装戦略に基づいて、5Gコアネットワーク（5GC）は約90〜100%の汎用ハードウェアを利用していると推定されます。残りのわずかな割合は、特定のセキュリティ機能（ハードウェアセキュリティモジュール（HSM）など）や、UPF（ユーザープレーン機能 [51]）などの機能におけるパケット処理に最適化された高性能ネットワークインターフェースカード（NIC）に起因する可能性がありますが、これらでさえ多くの場合、市販のサーバーコンポーネントの範囲内と見なされます。

6. SDNおよびNFVのハードウェア選択への影響

6.1 ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）とネットワーク機能仮想化（NFV）が汎用ハードウェアの採用をどのように促進するか

  • ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）は、制御プレーンを基盤となるハードウェアインフラストラクチャから抽象化し、ソフトウェアコントローラーでネットワーク制御を集中化することにより、ネットワーク管理に革命をもたらします [3]。この抽象化により、ルーティングおよび制御機能に対する特定のハードウェア機能への依存度が低下し、データプレーンには汎用ハードウェアがより適するようになります。
  • ネットワーク機能仮想化（NFV）は、ネットワーク機能を専用ハードウェアアプライアンスから分離し、標準的な商用オフザシェルフ（COTS）サーバー上でソフトウェア（VNFまたはCNF）として実行できるようにすることで、重要なイネーブラーとなります [6]。これにより、特殊なハードウェアの必要性が、汎用インフラストラクチャ上で実行されるソフトウェアに直接置き換えられます。
  • SDNとNFVの相乗効果は、最新の5Gネットワークに必要な俊敏性、柔軟性、および拡張性を実現するために不可欠です [31]。これらの利点は、ネットワーク機能が汎用ハードウェアに展開された場合に最も効果的に実現され、動的なリソース割り当てとサービスオーケストレーションの基盤を提供します。

SDNとNFVは、ネットワーク制御をソフトウェアに分離し（SDN）、ネットワーク機能を仮想化する（NFV）ことにより、5Gネットワークにおける汎用ハードウェアの採用を根本的に推進する基盤技術です。これらにより、標準サーバー上で実行されるソフトウェアベースのソリューションが、以前は特殊なハードウェアを必要としていたパフォーマンスと機能を提供できるようになります。

6.2 仮想化インフラストラクチャへのネットワーク機能の展開の利点と課題

  • 利点:
    • 高価なプロプライエタリハードウェアの必要性を減らすことによる設備投資と運用コストの大幅な削減 [3]。
    • ネットワーク設計、リソース割り当て、およびサービス展開における柔軟性と俊敏性の向上 [4]。
    • 新しいサービスと機能の市場投入までの時間の短縮 [6]。
    • ネットワーク需要に基づいて容量を動的に調整できる拡張性の向上 [4]。
  • 課題:
    • 遅延に敏感なアプリケーション（特にリアルタイム処理が重要なRANのDU [18]）のパフォーマンスに関する考慮事項。
    • 仮想化されたマルチテナント環境で対処する必要があるセキュリティ上の懸念 [4]。
    • 分散型のソフトウェア定義インフラストラクチャを処理するために必要なオーケストレーションと管理の複雑さの増大 [4]。

汎用ハードウェアでの仮想化は5Gネットワークに大きな利点をもたらしますが、モバイルキャリアは、特にRANにおいて、パフォーマンス要件とセキュリティに関連する潜在的な課題を慎重に検討し、軽減する必要があります。これには、必要に応じてハードウェアアクセラレーションを戦略的に使用することと、堅牢なオーケストレーションフレームワークが必要となることがよくあります。

6.3 ハードウェアコスト、柔軟性、および拡張性への影響

  • コスト: SDNおよびNFVによって推進される汎用ハードウェアの採用は、高価なプロプライエタリな電気通信機器の代わりに費用対効果の高いCOTSサーバーの使用を可能にすることにより、ハードウェアコストに直接的かつプラスの影響を与えます [3]。
  • 柔軟性: 仮想化とSDNは、ネットワークリソースと機能をソフトウェア制御を通じて動的にプロビジョニング、構成、および再構成できるようにすることで、ネットワークの柔軟性を大幅に向上させ、変化するサービス要件とトラフィックパターンに迅速に適応できるようにします [4]。
  • 拡張性: 特にクラウド環境に展開された場合、汎用ハードウェアは比類のない拡張性を提供し、モバイルオペレーターは5Gの膨大なデータと接続要件に対応するために、需要に基づいてネットワーク容量を簡単かつ費用対効果の高い方法でスケールアップまたはスケールダウンできます [4]。

SDNとNFVによって促進される汎用ハードウェアへの移行は、5Gインフラストラクチャにおける変革的なトレンドです。ハードウェアへの設備投資を削減するだけでなく、次世代モバイルネットワークを効率的に運用および進化させ、幅広い革新的なサービスとアプリケーションをサポートするために必要な不可欠な柔軟性と拡張性も提供します。

7. 展開トレンドとベンダー戦略

7.1 主要なモバイルキャリアの展開戦略の検討（例：スタンドアロン対ノンスタンドアロン）

  • ノンスタンドアロン（NSA） 5G展開は、5G New Radio（NR）をユーザープレーンに導入しながら、制御プレーン機能に既存の4G LTEコアネットワークに依存します。一方、スタンドアロン（SA） 5G展開は、新しいクラウドネイティブ5Gコア（5GC）を含むエンドツーエンドの5Gアーキテクチャを利用します [3]。
  • 初期の5G展開では、既存のLTEインフラストラクチャを活用し、5Gサービスの初期ロールアウトを加速するために、主にNSAアプローチが採用されました [3]。このシナリオでは、4G Evolved Packet Core（EPC）が、汎用ハードウェア上での完全に仮想化された5GCの完全な採用を制限する可能性があります。
  • 新しいクラウドネイティブ5GCの展開を必要とするSA展開への移行の傾向と戦略的重要性が高まっています [3]。SA展開では、本質的に汎用ハードウェアおよびクラウドインフラストラクチャ上で実行するように設計された新しいクラウドネイティブ5GCの展開が必要となるため、コアネットワークにおける汎用ハードウェアの採用が促進されます。

モバイルキャリアが採用する展開戦略は、汎用ハードウェアが利用される程度に大きく影響します。NSAからSA 5Gへの継続的な移行は、SAがクラウドネイティブなコアアーキテクチャを義務付けているため、特にコアネットワークにおける汎用ハードウェアの採用を加速する主要な要因です。

7.2 主要な5Gインフラストラクチャベンダー（エリクソン、ノキア、ファーウェイ、サムスンなど）のハードウェアアーキテクチャと仮想化アプローチの分析

  • エリクソン: クラウドRANとデュアルモード5Gコア戦略は、クラウドネイティブなアプローチと汎用サーバーへのネットワーク機能のソフトウェアとしての展開、およびマルチクラウド環境のサポートを重視 [30]。
  • ノキア: Future Xアーキテクチャとそのクラウドネイティブ5Gコア、およびAirScale RANソリューションの仮想化の強化と、特にCUおよびDUにおける汎用ハードウェアの潜在的な利用への進化 [47]。
  • ファーウェイ: RAN、トランスポート、およびコアネットワークをカバーする包括的な「オールクラウド」戦略は、5Gインフラストラクチャにおける汎用ハードウェアプラットフォームへの仮想化と展開への重要な取り組みを示唆 [48]。
  • サムスン: 完全仮想化5G RAN（vRAN 2.0）とそのクラウドネイティブ5Gコア、および汎用サーバーとクラウドインフラストラクチャ（ハイパースケーラーとのコラボレーションを含む）でのソフトウェアベースのアーキテクチャへの注力 [13]。

主要な5Gインフラストラクチャベンダーすべてに共通するテーマは、RAN（特にCU/DU）とコアネットワークの両方に対するクラウドネイティブアーキテクチャと仮想化ソリューションへの強い戦略的指向です。この普遍的なトレンドは、5Gインフラストラクチャの展開に汎用ハードウェアとクラウドプラットフォームの利点を活用するという幅広い業界全体の動きを示しています。

7.3 汎用ハードウェアの採用における地域差

  • スペクトルの割り当てのタイミング [3]、既存のLTEインフラストラクチャの成熟度、規制環境、および5Gスタンドアロン（SA）展開への移行の速度 [62] などの要因により、5Gインフラストラクチャにおける汎用ハードウェアの採用のペースと範囲は地域によって異なる可能性があります。
  • アジアや北米の一部 [62] など、SA 5Gネットワークの早期かつ積極的な展開を行っている地域では、最初から5Gコアネットワークにおける汎用ハードウェアの割合が高くなる可能性があります。

5Gインフラストラクチャにおける汎用ハードウェアのグローバルな採用は均一ではなく、展開戦略と技術的進歩に影響を与える地域要因によって影響を受けます。SAを優先する地域がこの採用をリードすると予想されます。

8. 結論：推定割合と今後の展望

8.1 推定割合のまとめ

gNBと5GCにおける汎用ハードウェアの推定割合をまとめます。

  • gNB全体: 推定範囲は40〜70%。
    • CU: おそらく90〜100%。
    • DU: おそらく50〜80%。
    • RU: おそらく10〜30%。
  • 5Gコアネットワーク（5GC）: 推定値は90〜100%。

8.2 主要な推進力と課題

  • 主な推進力:
    • CAPEXとOPEXの大幅な削減。
    • ネットワーク運用とサービス展開における柔軟性と俊敏性の向上。
    • クラウドベースのインフラストラクチャによって提供される本質的な拡張性。
    • クラウドネイティブな原則へのアーキテクチャの進化。
    • O-RANなどのイニシアチブによるオープンで分離されたRANの推進。
  • 主な課題:
    • 低遅延と高スループットが不可欠なRANにおけるパフォーマンスの確保。
    • 仮想化されたクラウド環境におけるセキュリティ上の考慮事項。
    • ソフトウェア定義ネットワークインフラストラクチャのオーケストレーションと運用における複雑さの増大。

8.3 今後の展望

  • 特にRAN（DUおよび潜在的にはRUも、COTSサーバーのパフォーマンスとSmartNICやプログラマブルアクセラレータなどのハードウェアアクセラレーション技術の進歩に伴い）において、汎用ハードウェアの割合は時間の経過とともに増加する可能性が高い。
  • O-RANによって推進されているオープンインターフェースと、異なるサプライヤーからのコンポーネントを組み合わせて使用できる能力によって、5Gエコシステムにおけるベンダーの多様性とイノベーションの可能性が高まる。
  • ネットワーク運用への影響：
    • クラウドテクノロジーと仮想化に焦点を当てた新しいスキルセットが必要。
    • ソフトウェア中心の管理への移行。
    • 効率的なネットワークライフサイクル管理のために、自動化とオーケストレーションプラットフォームの重要性が高まる。

9. 不確実性と考慮事項

プロプライエタリな情報と5Gテクノロジーの進化する性質により、これらの割合の推定には固有の不確実性があることを認識します。実際の割合に影響を与える可能性のある要因を強調します。

  • プロプライエタリな設計と競争戦略により、正確な割合は、異なるモバイルキャリアとインフラストラクチャベンダー間で大きく異なる可能性がある。
  • 5G標準とテクノロジーの急速な進化は、これらの推定値が時間の経過とともに変化する可能性があることを意味する。
  • 主要ベンダーからの詳細なハードウェア仕様の入手は困難であり、その多くは商業的に機密情報と見なされている。この透明性の欠如は、正確な推定を行う上での固有の不確実性をもたらす。
  • 最新のCOTSサーバーの機能（統合アクセラレータを含む）の向上により、「汎用」ハードウェアと「特殊」ハードウェアの区別が曖昧になる場合がある。分類は、特定のコンテキストと使用される定義によって異なる場合がある。

表1：5Gシステムにおける汎用ハードウェアの推定割合

コンポーネント 汎用ハードウェアの推定割合 主な要因
gNB - CU 90-100% 非リアルタイム機能、仮想化およびクラウド展開への高い適合性。
gNB - DU 50-80% COTSサーバーでの仮想化の増加、PHYレイヤー処理へのハードウェアアクセラレーションの潜在的な使用。
gNB - RU 10-30% 無線信号の厳しいリアルタイム処理要件、特殊なRFハードウェアおよびFPGA/ASICへの依存。
gNB全体 40-70% CU、DU、およびRUの展開比率とハードウェア構成を考慮した加重平均。
5Gコアネットワーク（5GC） 90-100% クラウドネイティブアーキテクチャ（SBA、マイクロサービス、コンテナ）、NFVの広範な採用、および汎用サーバー/クラウドへの展開。

10. 関連ドキュメント

🔗 記事を読む

11. 引用文献

  1. 5G System Overview - 3GPP, 4月 17, 2025にアクセス、 https://www.3gpp.org/technologies/5g-system-overview
  2. Chapter 3: Basic Architecture — 5G Mobile Networks, 4月 17, 2025にアクセス、 https://open-cloud.github.io/arch.html
  3. What is 5G base station architecture? | Essentra Components US, 4月 17, 2025にアクセス、 https://www.essentracomponents.com/en-us/news/industries/telecoms-data/what-is-5g-base-station-architecture
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