Următoarea generație de tehnologie wireless este plină de provocări, dar asta nu a încetinit ritmul.
Această tehnologie se mândrește cu rate de date foarte ridicate, latență mult mai mică decât 4G LTE și capacitatea de a gestiona o densitate mult crescută a dispozitivelor pe site de celulă.Pe scurt, este cea mai bună tehnologie pentru a gestiona valul de date generate de senzorii auto, dispozitivele IoT și, din ce în ce mai mult, electronicele de ultimă generație.
Forța motrice din spatele acestei tehnologii este o nouă interfață aeriană care va permite operatorilor de rețele mobile să obțină o eficiență mai mare cu o alocare similară a spectrului.Noua ierarhie a rețelei va facilita lucrul cu rețele 5G segmentate, permițându-vă să alocați în mod dinamic mai multe tipuri de trafic în funcție de nevoile specifice de trafic.
„Este vorba despre lățimea de bandă și latența”, a spus Michael Thompson, arhitect de soluții RF la Cadence Custom ICs and PCBs Group.„Cât de repede pot obține o cantitate mare de date?Un alt beneficiu este că acesta este un sistem dinamic, așa că mă scutește de problemele legate de un întreg canal sau mai multe canale de lățime de bandă.Acest lucru este similar cu debitul la cerere, în funcție de aplicație.Acesta este ce.Astfel, este mai flexibil decât standardul generației anterioare.În plus, capacitatea sa este mult mai mare.”
Acest lucru deschide noi posibilități de aplicare în viața de zi cu zi, la evenimente sportive, în industrie și în transport.„Dacă pun destui senzori în avion, îl pot controla și, cu o aplicație precum învățarea automată, va începe să înțeleagă când o piesă, un sistem sau un proces trebuie reparat sau înlocuit”, a spus Thompson.„Deci, un avion zboară prin țară și va ateriza în LaGuardia.Stai, cineva va veni să-l înlocuiască.Acest lucru este valabil pentru echipamentele de terasare foarte mari și pentru echipamentele miniere în care sistemul se îngrijește singur.Doriți să preveniți prăbușirea acestor echipamente de unități de mai multe milioane de dolari, astfel încât să nu stea acolo așteptând ca piesele să fie trimise. Veți primi date de la mii de aceste unități în același timp. Este nevoie de multă lățime de bandă și latență scăzută pentru a obține informații rapid. Dacă trebuie să vă întoarceți și să trimiteți ceva înapoi, îl puteți trimite și foarte repede.”
O singură tehnologie, mai multe implementări Termenul 5G este folosit în mai multe moduri în zilele noastre.În forma sa cea mai generală, aceasta este o evoluție a tehnologiei fără fir celulare care va permite gestionarea noilor servicii printr-o interfață aeriană standard, a explicat Colin Alexander, director de marketing fără fir al afacerii de infrastructură a Arm.„Vor fi alocate mai multe frecvențe existente și noi pentru a transporta trafic de la sub-1 GHz pe distanțe lungi, acoperire suburbană și mai largă și trafic cu unde milimetrice de la 26 la 60 GHz pentru noi cazuri de utilizare de mare capacitate și latență scăzută.”
Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) și alții au dezvoltat o notație care descrie cazuri de utilizare în cele trei puncte ale unui triunghi - un colț pentru bandă largă mobilă îmbunătățită, celălalt pentru comunicații ultra-fiabile cu latență scăzută (URLLC).Tipul mașinii de comunicație.Fiecare dintre ele necesită un tip complet diferit de rețea pentru nevoile lor.
„Acest lucru duce la o altă cerință pentru 5G, cerința de a defini o rețea de bază”, a spus Alexander.„Rețeaua de bază va scala în mod eficient toate aceste tipuri diferite de trafic.”
El a menționat că operatorii de rețele mobile lucrează pentru a oferi cea mai flexibilă actualizare și extindere a rețelelor lor, utilizând implementări software virtualizate și containerizate care rulează pe hardware de calcul standard în cloud.
În ceea ce privește tipurile de trafic URLLC, aceste aplicații pot fi acum gestionate din cloud.Dar acest lucru necesită mutarea unor comenzi și funcții de utilizator mai aproape de marginea rețelei, de interfața aeriană.De exemplu, luați în considerare roboții inteligenți din fabrici care necesită rețele cu latență scăzută din motive de securitate și eficiență.Acest lucru va necesita blocuri de calcul edge, fiecare cu capabilități de calcul, stocare, accelerare și învățare automată și că unele, dar nu toate, serviciile de aplicații V2X și auto vor avea cerințe similare, spune Alexander.
„În cazurile în care este necesară o latență scăzută, procesarea poate fi din nou mutată la margine pentru a calcula și comunica soluțiile V2X.Dacă aplicația se referă mai mult la gestionarea resurselor, cum ar fi parcarea sau urmărirea producătorului, calculul poate fi cloud computing în bloc.”pe dispozitiv”, – a spus el.
Proiectare pentru 5G Pentru inginerii de proiectare însărcinați cu proiectarea cipurilor 5G, există multe piese în mișcare în puzzle, fiecare având propriul set de considerații.De exemplu, la stațiile de bază, una dintre principalele probleme este consumul de energie.
„Majoritatea stațiilor de bază sunt proiectate cu noduri avansate de tehnologie ASIC și FPGA”, a declarat Geoff Tate, CEO Flex Logix.„În prezent, acestea sunt proiectate folosind SerDes, care consumă multă energie și ocupă mult spațiu.Dacă puteți construi programabilitate în ASIC, puteți reduce consumul de energie și amprenta, deoarece nu aveți nevoie de SerDes pentru a rula rapid off-chip și aveți mai multă lățime de bandă între logica programabilă și ASIC-urile Intel face acest lucru punând Xeons și Altera FPGA în Același pachet Deci obțineți de 100 de ori mai multă lățime de bandă Lucruri interesante despre stațiile de bază Mai întâi, dezvoltați tehnologia și apoi o puteți vinde și utiliza în întreaga lume.Cu un telefon mobil, puteți crea versiuni diferite pentru diferite țări.”
Cerințele sunt diferite pentru dispozitivele implementate în rețeaua de bază și în cloud.Unul dintre considerentele cheie este o arhitectură care facilitează gestionarea software-ului și portarea cu ușurință a cazurilor de utilizare pe dispozitive.
„Ecosistemul standardelor pentru gestionarea serviciilor de containere virtualizate precum OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) este foarte important”, a spus Arm's Alexander.„Gestionarea interacțiunii dintre elementele rețelei și a traficului dintre dispozitive prin orchestrarea serviciului va fi, de asemenea, esențială.ONAP (Open Network Automation Platform) este un exemplu.Consumul de energie și eficiența dispozitivului sunt, de asemenea, alegeri cheie de design.”
La marginea rețelei, cerințele includ latență scăzută, lățime de bandă mare la nivel de utilizator și consum redus de energie.
„Acceleratoarele trebuie să poată suporta cu ușurință multe cerințe de calcul diferite, care nu sunt întotdeauna gestionate cel mai bine de un procesor de uz general”, a spus Alexander.Abilitatea de a scala este foarte importantă.Suportul pentru o arhitectură care se poate scala cu ușurință între ASIC, ASSP și FPGA este, de asemenea, important, deoarece edge computing va fi distribuit în rețele de orice dimensiune și pe orice dispozitiv.Scalabilitatea software-ului este, de asemenea, importantă.”
5G ar putea provoca, de asemenea, modificări ale arhitecturii chipset-ului, în special acolo unde sunt amplasate radiourile.Ron Lowman a spus că, în timp ce front-end-urile analogice ale soluțiilor LTE sunt plasate pe radio, procesor sau complet integrate, atunci când echipele de proiectare migrează către noi tehnologii, acele front-end-uri de obicei se mută mai întâi din cip și apoi înapoi pe el. .pe măsură ce tehnologia avansează El, Synopsys IoT Manager Strategic Marketing.
„Odată cu apariția 5G, este de așteptat ca mai multe radiouri, tehnologii mai avansate și noduri tehnologice mai rapide și mai avansate, cum ar fi 12 nm și mai sus, vor juca un rol semnificativ în componentele integrate”, a spus Lowman.„Acest lucru necesită ca convertoarele de date care intră în interfața analogică să poată gestiona gigaesantioane pe secundă.Fiabilitatea ridicată este, de asemenea, întotdeauna importantă.Factori precum spectrul deschis și utilizarea Wi-Fi fac acest lucru mult mai dificil decât a fost în trecut.Încercarea de a face față a tot ceea ce nu este o sarcină ușoară, iar învățarea automată și inteligența artificială pot fi potrivite pentru a face o parte din munca grea.Acest lucru, la rândul său, afectează arhitectura, deoarece încarcă nu numai procesarea, ci și memoria.”
Thompson de Cadence este de acord.„Pe măsură ce dezvoltăm 5G sau IoT pentru standarde 802.11 mai înalte și chiar unele considerații ADAS, încercăm să reducem consumul de energie, să fim mai ieftini, să fim mai mici și să creștem performanța prin trecerea la noduri mai mici.Compară asta cu amestecul tău de preocupări, observat în Federația Rusă”, a spus el.„Pe măsură ce nodurile devin mai mici, circuitele integrate devin mai mici.Pentru ca un circuit integrat să profite din plin de dimensiunea sa mai mică, trebuie să fie într-un pachet mai mic.Există un impuls pentru ca lucrurile să fie mai mici și mai compacte, dar asta nu este un lucru bun.”pentru RF Design”.„… în simulare, nu îmi fac prea multe griji cu privire la efectul circuitului asupra distribuției.Dacă am o bucată de metal, poate arăta puțin ca un rezistor, dar arată ca un rezistor la toate frecvențele.Dacă este un efect RF, atunci este o linie de transmisie, va arăta diferit în funcție de frecvența pe care o trimit peste el. Aceste câmpuri vor fi declanșate în alte părți ale lanțului. Acum am adunat totul mai aproape unul de celălalt și când nu, gradul de conectare crește exponențial. Când ajung la nodurile mai mici, aceste efecte de cuplare devin mai pronunțate, ceea ce înseamnă, de asemenea, că tensiunea de polarizare este mai mică. Deci zgomotul este un efect mare pentru că nu prelungesc dispozitivul. tensiune mai mică, același nivel de zgomot are un efect mai mare. Multe dintre aceste probleme sunt prezente la nivel de sistem în 5G.”
Nou accent pe fiabilitate Fiabilitatea a căpătat un nou sens în comunicațiile fără fir, deoarece aceste cipuri sunt utilizate în aplicații auto, industriale și medicale.În general, acest lucru nu este legat de comunicațiile fără fir, unde eșecurile de conexiune, degradarea performanței sau orice altă problemă care ar putea perturba serviciul este în general văzută ca un inconvenient, mai degrabă decât o problemă de securitate.
„Trebuie să găsim noi modalități de a verifica dacă cipurile funcționale de siguranță vor funcționa în mod fiabil”, a spus Roland Jahnke, șeful de metode de proiectare la Fraunhofer EAS.„Ca industrie, nu suntem încă acolo.Încercăm să structurem procesul de dezvoltare chiar acum.Trebuie să ne uităm la modul în care piesele și instrumentele interacționează și avem multă muncă pentru a asigura coerența.”
Jahnke a remarcat că până acum majoritatea problemelor s-au datorat unei singure erori de proiectare.„Dacă sunt două sau trei bug-uri?Verificatorul ar trebui să-i spună proiectantului ce ar putea merge prost și unde sunt erorile, apoi să le anuleze în timpul procesului de proiectare.”
Aceasta a devenit o problemă majoră pe multe piețe critice pentru siguranță, iar problema cea mare cu wireless și auto este numărul tot mai mare de variabile de ambele părți.„Unele dintre ele trebuie să fie proiectate pentru a fi mereu activate”, spune Oliver King, CTO al Moortec.„Modelarea din timp poate prezice modul în care vor fi folosite lucrurile.E greu de prezis.Va dura timp să vedem cum funcționează lucrurile.”
Este necesară rețeaua satului.Cu toate acestea, suficiente companii consideră că 5G are suficiente beneficii pentru a justifica efortul de a construi infrastructura necesară pentru ca totul să funcționeze.
Magdi Abadir, vicepreședinte de marketing la Helic, a spus că cea mai mare diferență cu 5G va fi vitezele de date oferite.„5G poate funcționa la viteze de la 10 la 20 gigabiți pe secundă.Infrastructura trebuie să suporte tipul de viteză de transfer de date, iar cipurile trebuie să proceseze aceste date primite.Pentru receptoare și emițătoare în benzi de peste 100 GB, trebuie luată în considerare și frecvența.În Federația Rusă, sunt obișnuiți cu o frecvență de 70 GHz pentru radare și altele asemenea.”
Crearea acestei infrastructuri este o sarcină complexă care se întinde pe mai multe verigi din lanțul de aprovizionare cu electronice.
„Magia despre care se vorbește pentru ca acest lucru să se întâmple este încercarea de a face mai multă integrare pe partea RF a SoC”, a spus Abadir.Integrare cu componente analogice ADC și DAC cu o rată de eșantionare foarte mare.Totul trebuie integrat în același SoC.Am văzut integrarea și am discutat despre probleme de integrare, dar acest lucru exagerează totul, deoarece stabilește un obiectiv înalt și obligă dezvoltatorii să integreze chiar mai mult decât se credea anterior.Este foarte greu să izolați totul și să nu afectați circuitele învecinate.”
Din acest punct de vedere, 2G este în primul rând transmisie vocală, în timp ce 3G și 4G sunt mai multe transmisii de date și suport mai eficient.Dimpotrivă, 5G reprezintă proliferarea diferitelor dispozitive, diferite servicii și creșterea lățimii de bandă.
„Noile modele de utilizare, cum ar fi banda largă mobilă îmbunătățită și conectivitate cu latență scăzută, necesită o creștere de 10 ori a lățimii de bandă”, a spus Mike Fitton, planificator strategic și specialist în dezvoltare de afaceri la Achronix.„În plus, se așteaptă ca 5G să devină foarte important pentru V2X, în special pentru următoarea generație de 5G.5G Versiunea 16 va avea URLLC, care este foarte important pentru aplicațiile V2X.Aplicație de tip rețea.
Planificarea viitorului incert al 5G este adesea privită ca o serie de superlative cu lățime de bandă de 10 ori mai mare, latență de 5 ori și dispozitive de 5-10 ori mai multe.Acest lucru este complicat de faptul că cerneala din specificațiile 5G nu este foarte uscată.Există întotdeauna completări târzii care necesită flexibilitate și se transformă în programabilitate.
„Dacă luați în considerare cele două mari nevoi ale unei legături de date hardware datorită lățimii de bandă mari și nevoii de flexibilitate, aceasta înseamnă că probabil veți avea nevoie de un fel de SoC sau ASIC dedicat, care să aibă mai multă programabilitate între hardware și software.… dacă te uiți la fiecare platformă 5G astăzi, toate se bazează pe FPGA-uri pentru că pur și simplu nu vezi debitul.La un moment dat, este posibil ca toți producătorii OEM majori de wireless să treacă la o putere ASIC software mai economică și optimizată, dar necesită flexibilitate și efort pentru a reduce costurile și consumul de energie.Este vorba despre păstrarea flexibilității acolo unde aveți nevoie (în FPGA-uri sau FPGA-uri încorporate) și apoi adăugarea de funcționalități acolo unde este posibil pentru a obține cel mai mic cost și consum de energie.”
Tate of Flex Logix este de acord.„În acest domeniu activează peste 100 de companii.Spectrul este diferit, protocolul este diferit, iar cipurile folosite sunt diferite.Cipul repetitor va avea putere mai limitată pe pereții unei clădiri, unde poate exista un loc în care un eFPGA este mai valoros.”
Povestiri înrudite Drumul stâncos către 5G Cât de departe va ajunge această nouă tehnologie wireless și ce provocări rămân de depășit?Testarea fără fir se confruntă cu noi provocări Apariția 5G și a altor tehnologii fără fir noi face testarea și mai dificilă.Testarea wireless este o soluție posibilă.Tech Talk: Ce înseamnă 5G, noul standard wireless, pentru industria tehnologiei și ce provocări urmează.Începe cursa pentru echipamente de testare 5G Următoarea generație de tehnologie wireless este încă în dezvoltare, dar furnizorii de echipamente sunt gata să testeze 5G în implementări pilot.
Industria a făcut progrese în înțelegerea modului în care îmbătrânirea afectează fiabilitatea, dar mai multe variabile o fac mai greu de remediat.
Grupul explorează potențialul materialelor 2D, al memoriei NAND cu 1000 de straturi și al noilor modalități de a angaja talente.
Integrarea eterogenă și creșterea densității în nodurile front-end reprezintă unele provocări provocatoare și descurajante pentru producția și ambalarea IC.
Validarea procesorului este mult mai dificilă decât un ASIC de dimensiuni comparabile, iar procesoarele RISC-V adaugă un alt nivel de complexitate.
127 de startup-uri au strâns 2,6 miliarde de dolari, cu fonduri semnificative strânse din conectivitate la centrele de date, calcul cuantic și baterii.
Industria a făcut progrese în înțelegerea modului în care îmbătrânirea afectează fiabilitatea, dar mai multe variabile o fac mai greu de remediat.
Design-urile eterogene, nepotrivirea termică în diferite cazuri de utilizare pot afecta totul, de la îmbătrânirea accelerată la deformare și defecțiunea sistemului.
Noul standard de memorie adaugă beneficii semnificative, dar este încă scump și greu de utilizat.Acest lucru se poate schimba.
Ora postării: 16-mar-2023