Den næste generation af trådløs teknologi er fyldt med udfordringer, men det har ikke bremset tempoet.
Denne teknologi kan prale af meget høje datahastigheder, meget lavere latenstid end 4G LTE og evnen til at håndtere stærkt øget enhedstæthed pr. cellested.Kort sagt, det er den bedste teknologi til at håndtere oversvømmelsen af data genereret af bilsensorer, IoT-enheder og i stigende grad næste generations elektronik.
Drivkraften bag denne teknologi er en ny luftgrænseflade, der vil gøre det muligt for mobilnetoperatører at opnå større effektivitet med en lignende frekvensallokering.Det nye netværkshierarki vil gøre det lettere at arbejde med segmenterede 5G-netværk ved at give dig mulighed for dynamisk at allokere flere typer trafik baseret på specifikke trafikbehov.
"Det handler om båndbredde og latency," sagde Michael Thompson, RF Solutions Architect hos Cadence's Custom ICs and PCBs Group."Hvor hurtigt kan jeg få en stor mængde data?En anden fordel er, at dette er et dynamisk system, så det sparer mig besværet med at binde en hel kanal eller flere båndbreddekanaler.Dette svarer til gennemstrømning efter behov, afhængigt af applikationen.Det er hvad.Dermed er den mere fleksibel end den forrige generations standard.Derudover er dens kapacitet meget højere.”
Dette åbner op for nye anvendelsesmuligheder i hverdagen, ved sportsbegivenheder, i industrien og i transport."Hvis jeg sætter nok sensorer på flyet, kan jeg styre det, og med en applikation som maskinlæring vil det begynde at forstå, hvornår en del, et system eller en proces skal repareres eller udskiftes," sagde Thompson."Så der er et fly, der flyver gennem landet, og det skal lande i LaGuardia.Vent, nogen vil komme og erstatte det.Det gælder meget stort jordflytningsudstyr og mineudstyr, hvor systemet passer sig selv.Du ønsker at forhindre, at dette udstyr til multi-million dollar-enheder går ned, så de ikke sidder der og venter på, at dele bliver sendt ind. Du vil modtage data fra tusindvis af disse enheder på samme tid. Det kræver meget båndbredde og lav forsinkelse for at få information hurtigt.Hvis du har brug for at vende om og sende noget tilbage, kan du også sende det meget hurtigt."
Én teknologi, flere implementeringer Begrebet 5G bruges på en række forskellige måder i disse dage.I sin mest generelle form er dette en udvikling af mobiltrådløs teknologi, der vil gøre det muligt for nye tjenester at blive administreret over en standard luftgrænseflade, forklarede Colin Alexander, direktør for trådløs marketing for Arms infrastrukturforretning."Adskillige eksisterende og nye frekvenser vil blive allokeret til at transportere trafik fra under 1 GHz over lange afstande, forstads- og bredere dækning og millimeterbølgetrafik fra 26 til 60 GHz til nye højkapacitets- og lav-latensbrugstilfælde."
Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) og andre har udviklet en notation, der afbilder brugstilfælde i de tre punkter i en trekant – det ene hjørne til forbedret mobilt bredbånd, det andet til ultra-pålidelig lav-latenskommunikation (URLLC).Kommunikationsmaskinetype.Hver af dem kræver en helt anden type netværk til deres behov.
"Dette fører til et andet krav til 5G, kravet om at definere et kernenetværk," sagde Alexander."Kernenetværket vil effektivt skalere alle disse forskellige typer trafik."
Han bemærkede, at mobilnetværksoperatører arbejder på at levere den mest fleksible opgradering og udvidelse af deres netværk ved at bruge virtualiserede og containeriserede softwareimplementeringer, der kører på standard computerhardware i skyen.
Med hensyn til URLLC-trafiktyper kan disse applikationer nu administreres fra skyen.Men dette kræver at flytte nogle kontroller og brugerfunktioner tættere på kanten af netværket, til luftgrænsefladen.Overvej f.eks. intelligente robotter på fabrikker, der kræver netværk med lav latenstid af sikkerheds- og effektivitetsgrunde.Dette vil kræve edge computing-blokke, hver med computer-, lagrings-, accelerations- og maskinlæringskapaciteter, og at nogle, men ikke alle V2X- og bilapplikationstjenester vil have lignende krav, siger Alexander.
”I tilfælde, hvor der kræves lav latency, kan behandlingen igen flyttes til kanten for at beregne og kommunikere V2X-løsninger.Hvis applikationen handler mere om ressourcestyring, såsom parkering eller producentsporing, kan databehandlingen være bulk cloud computing."på enheden “, – sagde han.
Design til 5G For designingeniører, der har til opgave at designe 5G-chips, er der mange bevægelige brikker i puslespillet, hver med sit eget sæt overvejelser.For eksempel ved basestationer er et af hovedproblemerne strømforbruget.
"De fleste af basestationerne er designet med avancerede ASIC- og FPGA-teknologiknuder," sagde Geoff Tate, CEO for Flex Logix.“I øjeblikket er de designet ved hjælp af SerDes, som bruger meget strøm og fylder meget.Hvis du kan indbygge programmerbarhed i ASIC'en, kan du reducere strømforbruget og fodaftrykket, fordi du ikke har brug for SerDes til at køre hurtigt off-chip, og du har mere båndbredde mellem programmerbar logik og ASIC'er. Intel gør dette ved at sætte deres Xeons og Altera FPGA i samme pakke Så du får 100 gange mere båndbredde. Interessante ting om basestationer Først udvikler du teknologien og derefter kan du sælge og bruge den over hele verden.Med en mobiltelefon kan du oprette forskellige versioner til forskellige lande."
Kravene er forskellige for enheder, der er installeret i kernenetværket og i skyen.En af de vigtigste overvejelser er en arkitektur, der gør det nemt at administrere software og nemt overføre use cases til enheder.
"Økosystemet af standarder for håndtering af virtualiserede containertjenester såsom OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) er meget vigtigt," sagde Arms Alexander."At styre samspillet mellem netværkselementer og trafik mellem enheder gennem serviceorkestrering vil også være nøglen.ONAP (Open Network Automation Platform) er et eksempel.Strømforbrug og enhedseffektivitet er også vigtige designvalg."
På netværkskanten omfatter kravene lav latenstid, høj båndbredde på brugerniveau og lavt strømforbrug.
"Acceleratorer skal nemt kunne understøtte mange forskellige beregningskrav, som ikke altid håndteres bedst af en generel CPU," sagde Alexander.Evnen til at skalere er meget vigtig.Understøttelse af en arkitektur, der nemt kan skaleres mellem ASIC'er, ASSP'er og FPGA'er, er også vigtig, da edge computing vil blive distribueret på tværs af netværk af enhver størrelse og på enhver enhed.Softwares skalerbarhed er også vigtig."
5G kan også forårsage ændringer i chipset-arkitekturen, især hvor radioerne er placeret.Ron Lowman sagde, at mens de analoge front-ends af LTE-løsninger er placeret på radioen, processoren eller fuldt integreret, når designteams migrerer til nye teknologier, flytter disse front-ends typisk først ud af chippen og derefter tilbage til den. .som teknologien udvikler sig Han, Synopsys IoT Strategic Marketing Manager.
"Med fremkomsten af 5G forventes det, at flere radioer, mere avancerede teknologier og hurtigere, mere avancerede teknologiknuder såsom 12nm og derover vil spille en væsentlig rolle i integrerede komponenter," sagde Lowman."Dette kræver, at de datakonvertere, der går ind i det analoge interface, kan håndtere gigasampler i sekundet.Høj pålidelighed er også altid vigtigt.Faktorer som åbent spektrum og Wi-Fi-brug gør det meget sværere, end det var tidligere.At forsøge at håndtere alt det er ikke en nem opgave, og maskinlæring og kunstig intelligens kan være velegnet til at gøre noget af det hårde arbejde.Dette påvirker igen arkitekturen, da den ikke kun indlæser behandling, men også hukommelse."
Thompson fra Cadence er enig.“Når vi udvikler 5G eller IoT til højere 802.11-standarder og endda nogle ADAS-hensyn, forsøger vi at reducere strømforbruget, være billigere, være mindre og øge ydeevnen ved at flytte til mindre noder.Sammenlign det med din blanding af bekymringer, observeret i Den Russiske Føderation,” sagde han."Når noder bliver mindre, bliver IC'er mindre.For at en IC kan drage fuld fordel af sin mindre størrelse, skal den være i en mindre pakke.Der er et skub for, at tingene skal være mindre og mere kompakte, men det er ikke en god ting.”til RF Design”."...i simulering bekymrer jeg mig ikke for meget om kredsløbets effekt på fordelingen.Hvis jeg har et stykke metal, kan det ligne en modstand lidt, men det ligner en modstand på alle frekvenser.Hvis det er en RF-effekt, så er det en transmissionslinje, den vil se anderledes ud afhængig af hvilken frekvens jeg sender over den. Disse felter vil blive udløst i andre dele af kæden. Nu har jeg samlet alt tættere på hinanden, og hvornår det gør, stiger forbindelsesgraden eksponentielt. Når jeg kommer til de mindre noder, bliver disse koblingseffekter mere udtalte, hvilket også betyder, at forspændingen er mindre. Så støjen er en stor effekt, fordi jeg ikke forspænder enheden ned. lavere spænding, samme støjniveau har mere effekt. Mange af disse problemer er til stede på systemniveau i 5G."
Nyt fokus på pålidelighed Pålidelighed har fået en ny betydning inden for trådløs kommunikation, da disse chips bruges i bilindustrien, industrielle og medicinske applikationer.Dette er generelt ikke relateret til trådløs kommunikation, hvor forbindelsesfejl, ydeevneforringelse eller ethvert andet problem, der kan forstyrre tjenesten, generelt ses som en ulempe snarere end et sikkerhedsproblem.
"Vi er nødt til at finde nye måder at verificere, at funktionelle sikkerhedschips vil fungere pålideligt," sagde Roland Jahnke, Head of Design Methods hos Fraunhofer EAS."Som branche er vi der ikke endnu.Vi forsøger at strukturere udviklingsprocessen lige nu.Vi skal se på, hvordan dele og værktøjer interagerer, og vi har en masse arbejde for at sikre sammenhæng.”
Jahnke bemærkede, at indtil videre har de fleste af problemerne været på grund af en enkelt designfejl."Hvad hvis der er to eller tre fejl?Verifikatoren bør fortælle designeren, hvad der kunne gå galt, og hvor fejlene er, og derefter rulle dem tilbage under designprocessen."
Dette er blevet et stort problem på mange sikkerhedskritiske markeder, og det store problem med trådløs og bilindustrien er det stadigt stigende antal variabler på begge sider."Nogle af dem skal være designet til altid at være tændt," siger Oliver King, CTO for Moortec."Modellering på forhånd kan forudsige, hvordan tingene vil blive brugt.Det er svært at forudsige.Det vil tage tid at se, hvordan tingene fungerer.”
Landsbynetværk påkrævet.Men nok virksomheder føler, at 5G har nok fordele til at retfærdiggøre indsatsen for at bygge den infrastruktur, der er nødvendig for at få det hele til at fungere.
Magdi Abadir, vicepræsident for marketing hos Helic, sagde, at den største forskel med 5G vil være de tilbudte datahastigheder."5G kan fungere med hastigheder fra 10 til 20 gigabit i sekundet.Infrastrukturen skal understøtte typen af dataoverførselshastighed, og chipsene skal behandle disse indkommende data.For modtagere og sendere i bånd over 100 GB skal frekvensen også tages i betragtning.I Den Russiske Føderation er de vant til en frekvens på 70 GHz til radarer og lignende."
At skabe denne infrastruktur er en kompleks opgave, der spænder over flere led i elektronikforsyningskæden.
"Den magi, der bliver talt om for at få dette til at ske, forsøger at gøre mere integration på RF-siden af SoC," sagde Abadir.Integration med analoge ADC- og DAC-komponenter med meget høj samplinghastighed.Alt skal integreres i den samme SoC.Vi har set integration og diskuteret integrationsproblemer, men det overdriver alt, fordi det sætter et højt mål og tvinger udviklere til at integrere endnu mere end tidligere antaget.Det er meget svært at isolere alt og ikke påvirke tilstødende kredsløb.”
Fra dette synspunkt er 2G primært taletransmission, mens 3G og 4G er mere datatransmission og mere effektiv support.Tværtimod repræsenterer 5G udbredelsen af forskellige enheder, forskellige tjenester og øget båndbredde.
"Nye brugsmodeller såsom forbedret mobilt bredbånd og lav latensforbindelse kræver en 10x stigning i båndbredden," sagde Mike Fitton, Strategic Planner og Business Development Specialist hos Achronix."Derudover forventes 5G at blive meget vigtig for V2X, især for den næste generation af 5G.5G Release 16 vil have URLLC, hvilket er meget vigtigt for V2X-applikationer.Netværkstype applikation.
Planlægning af 5Gs usikre fremtid ses ofte som en række superlativer med 10x mere båndbredde, 5x latency og 5-10x flere enheder.Dette kompliceres af, at blækket i 5G-specifikationerne ikke er særlig tørt.Der er altid sene tilføjelser, der kræver fleksibilitet og bliver til programmerbarhed.
“Hvis du tager højde for de to store behov for et hardwaredatalink på grund af høj båndbredde og behovet for fleksibilitet, betyder det, at du sandsynligvis får brug for en form for dedikeret SoC eller ASIC, der har mere programmerbarhed mellem hardware og software.…hvis du ser på hver 5G-platform i dag, er de alle baseret på FPGA'er, fordi du bare ikke kan se gennemløbet.På et tidspunkt vil alle de store trådløse OEM'er sandsynligvis gå over til mere økonomisk og optimeret software ASIC-strøm, men kræver fleksibilitet og drive for at reducere omkostninger og strømforbrug.Det handler om at bevare fleksibiliteten, hvor du har brug for det (i FPGA'er eller indlejrede FPGA'er) og derefter tilføje funktionalitet, hvor det er muligt for at opnå de laveste omkostninger og strømforbrug."
Tate of Flex Logix er enig.“Mere end 100 virksomheder opererer i dette område.Spektret er anderledes, protokollen er anderledes, og de anvendte chips er forskellige.Repeater-chippen vil være mere begrænset i kraft på væggene i en bygning, hvor der kan være et sted, hvor en eFPGA er mere værdifuld."
Relaterede historier The Rocky Road to 5G Hvor langt vil denne nye trådløse teknologi gå, og hvilke udfordringer skal der overvindes?Trådløs test står over for nye udfordringer Fremkomsten af 5G og andre nye trådløse teknologier gør testning endnu sværere.Trådløs test er en mulig løsning.Tech Talk: Hvad 5G, den nye trådløse standard, betyder for teknologiindustrien, og hvilke udfordringer venter forude.5G-testudstyrsræset begynder Den næste generation af trådløs teknologi er stadig under udvikling, men udstyrsleverandører er klar til at teste 5G i pilotinstallationer.
Industrien har gjort fremskridt med at forstå, hvordan aldring påvirker pålideligheden, men flere variabler gør det sværere at rette op.
Gruppen udforsker potentialet i 2D-materialer, 1000-lags NAND-hukommelse og nye måder at ansætte talenter på.
Heterogen integration og stigende tæthed i front-end noder udgør nogle udfordrende og skræmmende udfordringer for IC-fremstilling og -pakning.
Processorvalidering er meget vanskeligere end en ASIC af sammenlignelig størrelse, og RISC-V-processorer tilføjer endnu et lag af kompleksitet.
127 startups rejste $2,6 milliarder, med betydelige midler rejst fra datacenterforbindelse, kvantecomputere og batterier.
Industrien har gjort fremskridt med at forstå, hvordan aldring påvirker pålideligheden, men flere variabler gør det sværere at rette op.
Heterogene designs, termisk uoverensstemmelse i forskellige anvendelsestilfælde kan påvirke alt fra accelereret aldring til vridning og systemfejl.
Den nye hukommelsesstandard tilføjer betydelige fordele, men den er stadig dyr og svær at bruge.Dette kan ændre sig.
Post tid: Mar-16-2023