A próxima xeración de tecnoloxía sen fíos está chea de desafíos, pero iso non baixou o ritmo.
Esta tecnoloxía posúe velocidades de datos moi altas, unha latencia moito máis baixa que 4G LTE e a capacidade de xestionar unha densidade de dispositivos moito maior por sitio celular.En resumo, é a mellor tecnoloxía para xestionar o aluvión de datos xerados polos sensores do automóbil, os dispositivos IoT e, cada vez máis, a electrónica de última xeración.
O motor desta tecnoloxía é unha nova interface aérea que permitirá aos operadores de redes móbiles acadar unha maior eficiencia cunha asignación de espectro similar.A nova xerarquía de rede facilitará o traballo con redes 5G segmentadas ao permitirche asignar de forma dinámica varios tipos de tráfico en función das necesidades específicas de tráfico.
"Trátase de ancho de banda e latencia", dixo Michael Thompson, Arquitecto de solucións de RF do Grupo de ICs e PCB personalizados de Cadence."A que velocidade podo obter unha gran cantidade de datos?Outra vantaxe é que este é un sistema dinámico, polo que me aforra o problema de atar unha canle enteira ou varias canles de ancho de banda.Isto é semellante ao rendemento baixo demanda, dependendo da aplicación.Isto é o que.Así, é máis flexible que o estándar da xeración anterior.Ademais, a súa capacidade é moito maior”.
Isto abre novas posibilidades de aplicación na vida cotiá, en eventos deportivos, na industria e no transporte."Se poño suficientes sensores no avión, podo controlalo, e cunha aplicación como a aprendizaxe automática, comezará a entender cando hai que reparar ou substituír unha peza, sistema ou proceso", dixo Thompson."Entón hai un avión voando polo país e vai aterrar en LaGuardia.Agarda, alguén virá e o substituirá.Isto vale para equipos de movemento de terras moi grandes e equipos de minería onde o sistema coida por si mesmo.Quere evitar que estes equipos de unidades de varios millóns de dólares se caian para que non se queden alí esperando a que se envíen pezas. Recibirás datos de miles destas unidades ao mesmo tempo. Leva moito ancho de banda. e baixa latencia para obter información rapidamente. Se necesitas dar a volta e devolver algo, tamén podes envialo moi rápido.
Unha tecnoloxía, varias implementacións O termo 5G utilízase de varias maneiras hoxe en día.Na súa forma máis xeral, esta é unha evolución da tecnoloxía sen fíos móbil que permitirá xestionar novos servizos a través dunha interface aérea estándar, explicou Colin Alexander, director de mercadotecnia sen fíos para o negocio de infraestruturas de Arm."Asignaranse varias frecuencias existentes e novas para transportar tráfico de menos de 1 GHz a longas distancias, cobertura suburbana e máis ampla e tráfico de ondas milimétricas de 26 a 60 GHz para novos casos de uso de alta capacidade e baixa latencia".
A Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) e outros desenvolveron unha notación que representa casos de uso nos tres puntos dun triángulo: unha esquina para a banda ancha móbil mellorada, a outra para a comunicación de baixa latencia ultra fiable (URLLC).Tipo de máquina de comunicación.Cada un deles require un tipo de rede completamente diferente para as súas necesidades.
"Isto leva a outro requisito para 5G, o requisito de definir unha rede central", dixo Alexander."A rede central escalará de forma efectiva todos estes diferentes tipos de tráfico".
Sinalou que os operadores de redes móbiles están a traballar para ofrecer a actualización e expansión máis flexibles das súas redes, utilizando implementacións de software virtualizado e en contenedores que se executan en hardware informático estándar na nube.
En canto aos tipos de tráfico URLLC, agora estas aplicacións pódense xestionar desde a nube.Pero isto require achegar algúns controis e funcións de usuario ao bordo da rede, á interface aérea.Por exemplo, considere robots intelixentes en fábricas que requiren redes de baixa latencia por razóns de seguridade e eficiencia.Isto requirirá bloques de computación de punta, cada un con capacidades de cálculo, almacenamento, aceleración e aprendizaxe automática, e que algúns, pero non todos, os servizos de aplicacións V2X e automotivas terán requisitos similares, di Alexander.
"Nos casos nos que se require baixa latencia, o procesamento pódese mover de novo ao límite para calcular e comunicar solucións V2X.Se a aplicación trata máis sobre a xestión de recursos, como o aparcamento ou o seguimento do fabricante, a informática pode ser computación en nube masiva.no dispositivo ", - dixo.
Deseño para 5G Para os enxeñeiros de deseño encargados de deseñar chips 5G, hai moitas pezas móbiles no quebracabezas, cada unha co seu propio conxunto de consideracións.Por exemplo, nas estacións base, un dos principais problemas é o consumo de enerxía.
"A maioría das estacións base están deseñadas con nodos de tecnoloxía avanzada ASIC e FPGA", dixo Geoff Tate, CEO de Flex Logix.“Actualmente, están deseñados usando SerDes, que consomen moita enerxía e ocupan moito espazo.Se podes incorporar a programabilidade no ASIC, podes reducir o consumo de enerxía e a pegada porque non necesitas que SerDes funcione rapidamente fóra do chip e tes máis ancho de banda entre a lóxica programable e os ASIC que Intel faino poñendo os seus Xeons e Altera FPGA no mesmo paquete Así, obtén 100 veces máis ancho de banda. Cousas interesantes sobre as estacións base Primeiro, desenvolves a tecnoloxía e despois podes vendela e usala en todo o mundo.Cun teléfono móbil, podes crear versións diferentes para distintos países".
Os requisitos son diferentes para os dispositivos despregados na rede principal e na nube.Unha das consideracións fundamentais é unha arquitectura que facilita a xestión do software e facilita a portabilidade dos casos de uso aos dispositivos.
"O ecosistema de estándares para manexar servizos de contedores virtualizados como OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) é moi importante", dixo Arm's Alexander.“Xestionar a interacción entre os elementos da rede e o tráfico entre dispositivos a través da orquestración do servizo tamén será clave.ONAP (Open Network Automation Platform) é un exemplo.O consumo de enerxía e a eficiencia do dispositivo tamén son opcións fundamentais de deseño.
No bordo da rede, os requisitos inclúen baixa latencia, ancho de banda elevado para o usuario e baixo consumo de enerxía.
"Os aceleradores deben ser capaces de soportar facilmente moitos requisitos computacionais diferentes que non sempre son mellor xestionados por unha CPU de propósito xeral", dixo Alexander.A capacidade de escalar é moi importante.O soporte para unha arquitectura que poida escalar facilmente entre ASIC, ASSP e FPGA tamén é importante, xa que a informática de punta distribuirase en redes de calquera tamaño e en calquera dispositivo.A escalabilidade do software tamén é importante".
5G tamén pode provocar cambios na arquitectura do chipset, especialmente onde se atopan as radios.Ron Lowman dixo que, aínda que os front-ends analóxicos das solucións LTE colócanse na radio, no procesador ou están totalmente integrados, cando os equipos de deseño migran ás novas tecnoloxías, estes front-ends adoitan saír do chip primeiro e despois volver a el. .a medida que avanza a tecnoloxía El, director de marketing estratéxico de Synopsys IoT.
"Coa chegada do 5G, espérase que varias radios, tecnoloxías máis avanzadas e nodos tecnolóxicos máis rápidos e avanzados, como 12 nm e superiores, teñan un papel importante nos compoñentes integrados", dixo Lowman."Isto require que os conversores de datos que entran na interface analóxica sexan capaces de manexar gigassamples por segundo.A alta fiabilidade tamén é sempre importante.Factores como o espectro aberto e o uso da wifi fan que sexa moito máis difícil do que era no pasado.Tentar xestionar todo iso non é unha tarefa fácil, e a aprendizaxe automática e a intelixencia artificial poden ser moi axeitados para facer parte do traballo duro.Isto, á súa vez, afecta á arquitectura, xa que carga non só procesamento, senón tamén memoria”.
Thompson de Cadence está de acordo."A medida que desenvolvemos 5G ou IoT para estándares 802.11 máis elevados e incluso algunhas consideracións ADAS, estamos tentando reducir o consumo de enerxía, ser máis baratos, ser máis pequenos e aumentar o rendemento pasando a nós máis pequenos.Compare iso coa súa mestura de preocupacións, observada na Federación Rusa ", dixo."A medida que os nodos se fan máis pequenos, os IC fanse máis pequenos.Para que un IC aproveite ao máximo o seu tamaño máis pequeno, ten que estar nun paquete máis pequeno.Hai un impulso para que as cousas sexan máis pequenas e compactas, pero iso non é bo".para o deseño de RF”.“…en simulación, non me preocupa demasiado o efecto do circuíto na distribución.Se teño unha peza de metal, pode parecer un pouco unha resistencia, pero parece unha resistencia en todas as frecuencias.Se se trata dun efecto de RF, entón é unha liña de transmisión, terá un aspecto diferente dependendo da frecuencia que estea enviando. Estes campos activaranse noutras partes da cadea. Agora reúno todo máis preto uns dos outros e cando estea. fai, o grao de conexión aumenta exponencialmente. Cando chego aos nodos máis pequenos, estes efectos de acoplamento fanse máis pronunciados, o que tamén significa que a tensión de polarización é menor. Polo tanto, o ruído é un gran efecto porque non sesgo o dispositivo cara abaixo. menor voltaxe, o mesmo nivel de ruído ten máis efecto. Moitos destes problemas están presentes a nivel do sistema en 5G.
Novo foco na fiabilidade A fiabilidade adquiriu un novo significado nas comunicacións sen fíos xa que estes chips utilízanse en aplicacións automotrices, industriais e médicas.Isto xeralmente non está relacionado coas comunicacións sen fíos, onde os fallos de conexión, a degradación do rendemento ou calquera outro problema que poida interromper o servizo adoita considerarse un inconveniente máis que un problema de seguridade.
"Necesitamos atopar novas formas de verificar que os chips de seguridade funcionais funcionarán de forma fiable", dixo Roland Jahnke, xefe de métodos de deseño de Fraunhofer EAS."Como industria, aínda non estamos alí.Estamos tentando estruturar o proceso de desenvolvemento agora mesmo.Necesitamos ver como interactúan as pezas e as ferramentas, e temos moito traballo para garantir a coherencia".
Jahnke sinalou que ata agora a maioría dos problemas debeuse a un único erro de deseño."E se hai dous ou tres erros?O verificador debería dicirlle ao deseñador o que podería fallar e onde están os erros, e despois revertilos durante o proceso de deseño.
Isto converteuse nun gran problema en moitos mercados críticos para a seguridade, e o gran problema con sen fíos e automoción é o número cada vez maior de variables en ambos os dous lados."Algúns deles teñen que estar deseñados para estar sempre activados", di Oliver King, CTO de Moortec."Modelar con antelación pode predecir como se usarán as cousas.É difícil de prever.Levará tempo ver como funcionan as cousas".
Requírese rede de aldea.Non obstante, bastantes empresas consideran que 5G ten beneficios suficientes para xustificar o esforzo para construír a infraestrutura necesaria para que todo funcione.
Magdi Abadir, vicepresidente de mercadotecnia de Helic, dixo que a maior diferenza co 5G serán as velocidades de datos ofrecidas."5G pode funcionar a velocidades de 10 a 20 gigabits por segundo.A infraestrutura debe soportar o tipo de velocidade de transferencia de datos e os chips deben procesar estes datos entrantes.Para receptores e transmisores en bandas superiores a 100 GB, tamén se debe ter en conta a frecuencia.Na Federación Rusa, están afeitos a unha frecuencia de 70 GHz para radares e similares.
Crear esta infraestrutura é unha tarefa complexa que abarca varios elos da cadea de subministración electrónica.
"A maxia da que se fala para que isto suceda é tentar facer máis integración no lado de RF do SoC", dixo Abadir.Integración con compoñentes ADC e DAC analóxicos cunha taxa de mostraxe moi elevada.Todo debe estar integrado no mesmo SoC.Vimos a integración e discutimos problemas de integración, pero isto esaxera todo porque marca un obxectivo elevado e obriga aos desenvolvedores a integrarse aínda máis do que se pensaba.É moi difícil illar todo e non afectar aos circuítos veciños”.
Desde este punto de vista, 2G é principalmente transmisión de voz, mentres que 3G e 4G son máis transmisión de datos e soporte máis eficiente.Pola contra, o 5G representa a proliferación de diferentes dispositivos, diferentes servizos e aumento do ancho de banda.
"Os novos modelos de uso como a banda ancha móbil mellorada e a conectividade de baixa latencia requiren un aumento de 10 veces no ancho de banda", dixo Mike Fitton, planificador estratéxico e especialista en desenvolvemento empresarial de Achronix."Ademais, espérase que o 5G sexa moi importante para V2X, especialmente para a próxima xeración de 5G.5G Release 16 terá URLLC, que é moi importante para as aplicacións V2X.Aplicación tipo rede.
A planificación para o futuro incerto do 5G adoita considerarse como unha serie de superlativos con 10 veces máis ancho de banda, 5 veces latencia e 5-10 veces máis dispositivos.Isto complícase polo feito de que a tinta das especificacións 5G non está moi seca.Sempre hai incorporacións tardías que requiren flexibilidade e se converten en programabilidade.
"Se tes en conta as dúas grandes necesidades dunha conexión de datos de hardware debido ao alto ancho de banda e á necesidade de flexibilidade, isto significa que probablemente necesitarás algún tipo de SoC ou ASIC dedicado que teña máis programabilidade entre hardware e software.…se observas todas as plataformas 5G hoxe en día, todas están baseadas en FPGA porque simplemente non ves o rendemento.Nalgún momento, é probable que todos os principais OEMs sen fíos pasen a unha potencia ASIC de software máis económica e optimizada, pero require flexibilidade e impulso para reducir o custo e o consumo de enerxía.Trátase de manter a flexibilidade onde a necesitas (en FPGA ou FPGA integradas) e despois engadir funcionalidades onde sexa posible para acadar o menor custo e consumo de enerxía.
Tate of Flex Logix está de acordo.“Nesta zona operan máis de 100 empresas.O espectro é diferente, o protocolo é diferente e os chips utilizados son diferentes.O chip repetidor terá unha potencia máis limitada nas paredes dun edificio, onde pode haber un lugar onde un eFPGA sexa máis valioso.
Historias relacionadas The Rocky Road to 5G Ata onde chegará esta nova tecnoloxía sen fíos e que retos quedan por superar?As probas sen fíos enfróntanse a novos retos A chegada do 5G e outras novas tecnoloxías sen fíos está a facer que as probas sexan aínda máis difíciles.As probas sen fíos son unha solución posible.Conversa tecnolóxica: o que significa 5G, o novo estándar sen fíos, para a industria tecnolóxica e cales son os retos por diante.Comeza a carreira de equipos de proba 5G A próxima xeración de tecnoloxía sen fíos aínda está en desenvolvemento, pero os provedores de equipos están preparados para probar 5G en implantacións piloto.
A industria avanzou na comprensión de como o envellecemento afecta á fiabilidade, pero máis variables fan que sexa máis difícil de solucionar.
O grupo está a explorar o potencial dos materiais 2D, a memoria NAND de 1000 capas e novas formas de contratar talento.
A integración heteroxénea e a crecente densidade nos nodos front-end supoñen algúns retos desafiantes e desalentadores para a fabricación e o envasado de IC.
A validación do procesador é moito máis difícil que un ASIC de tamaño comparable, e os procesadores RISC-V engaden outra capa de complexidade.
127 startups recaudaron 2.600 millóns de dólares, cun financiamento significativo recadado pola conectividade dos centros de datos, a computación cuántica e as baterías.
A industria avanzou na comprensión de como o envellecemento afecta á fiabilidade, pero máis variables fan que sexa máis difícil de solucionar.
Os deseños heteroxéneos, o desaxuste térmico en diferentes casos de uso poden afectar todo, desde o envellecemento acelerado ata a deformación e o fallo do sistema.
O novo estándar de memoria engade beneficios significativos, pero aínda é caro e difícil de usar.Isto pode cambiar.
Hora de publicación: 16-mar-2023