Nová generace bezdrátové technologie je plná výzev, ale to nezpomalilo tempo.
Tato technologie se může pochlubit velmi vysokou přenosovou rychlostí, mnohem nižší latencí než 4G LTE a schopností zvládnout výrazně zvýšenou hustotu zařízení na jednu buňku.Stručně řečeno, je to nejlepší technologie, která zvládne záplavu dat generovaných automobilovými senzory, zařízeními internetu věcí a stále častěji elektronikou nové generace.
Hnací silou této technologie je nové vzdušné rozhraní, které umožní operátorům mobilních sítí dosáhnout vyšší efektivity při podobném přidělení spektra.Nová hierarchie sítí usnadní práci se segmentovanými sítěmi 5G tím, že vám umožní dynamicky přidělovat více typů provozu na základě konkrétních potřeb provozu.
"Je to o šířce pásma a latenci," řekl Michael Thompson, RF Solutions Architect v Cadence's Custom ICs and PCBs Group.„Jak rychle mohu získat velké množství dat?Další výhodou je, že se jedná o dynamický systém, takže mi ušetří problémy s vázáním celého kanálu nebo více kanálů s šířkou pásma.To je podobné jako propustnost na vyžádání v závislosti na aplikaci.Tohle je co.Je tedy flexibilnější než standard předchozí generace.Jeho kapacita je navíc mnohem vyšší.“
To otevírá nové možnosti použití v každodenním životě, na sportovních akcích, v průmyslu a v dopravě.„Pokud do letadla dám dostatek senzorů, mohu ho ovládat a pomocí aplikace, jako je strojové učení, začne chápat, kdy je třeba součást, systém nebo proces opravit nebo vyměnit,“ řekl Thompson."Takže zemí letí letadlo a přistane v LaGuardii."Počkejte, někdo přijde a vymění to.To platí pro velmi velká zařízení pro zemní práce a důlní zařízení, kde se systém stará sám o sebe.Chcete zabránit havárii těchto zařízení za mnoho milionů dolarů, aby tam neseděly a nečekaly na odeslání dílů. Budete přijímat data z tisíců těchto jednotek současně. Zabere to hodně šířky pásma a nízkou latenci pro rychlé získání informací. Pokud se potřebujete otočit a poslat něco zpět, můžete to také odeslat velmi rychle.“
Jedna technologie, více implementací Termín 5G se v dnešní době používá různými způsoby.Ve své nejobecnější podobě se jedná o evoluci mobilní bezdrátové technologie, která umožní správu nových služeb přes standardní vzdušné rozhraní, vysvětlil Colin Alexander, ředitel bezdrátového marketingu pro infrastrukturu společnosti Arm."Několik stávajících a nových frekvencí bude přiděleno pro přenos provozu z nižších než 1 GHz na dlouhé vzdálenosti, příměstské a širší pokrytí a provoz na milimetrových vlnách od 26 do 60 GHz pro nové případy použití s vysokou kapacitou a nízkou latencí."
Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) a další vyvinuli notaci, která znázorňuje případy použití ve třech bodech trojúhelníku – jeden roh pro vylepšené mobilní širokopásmové připojení, druhý pro ultraspolehlivou komunikaci s nízkou latencí (URLLC).Typ komunikačního stroje.Každý z nich vyžaduje pro své potřeby zcela jiný typ sítě.
„To vede k dalšímu požadavku na 5G, požadavku na definování základní sítě,“ řekl Alexander."Základní síť efektivně škáluje všechny tyto různé typy provozu."
Poznamenal, že operátoři mobilních sítí pracují na zajištění co nejflexibilnějšího upgradu a rozšíření svých sítí pomocí virtualizovaných a kontejnerizovaných softwarových implementací běžících na standardním výpočetním hardwaru v cloudu.
Pokud jde o typy provozu URLLC, tyto aplikace lze nyní spravovat z cloudu.To ale vyžaduje přesunout některé ovládací prvky a uživatelské funkce blíže k okraji sítě, do vzdušného rozhraní.Zvažte například inteligentní roboty v továrnách, které vyžadují sítě s nízkou latencí z důvodu bezpečnosti a efektivity.To bude vyžadovat okrajové výpočetní bloky, každý s výpočetními, úložnými, akceleračními a strojovými schopnostmi, a že některé, ale ne všechny V2X a automobilové aplikační služby budou mít podobné požadavky, říká Alexander.
„V případech, kdy je vyžadována nízká latence, lze zpracování opět přesunout na okraj, aby bylo možné vypočítat a komunikovat řešení V2X.Pokud je aplikace více o správě zdrojů, jako je parkování nebo sledování výrobce, může být výpočetní řešení hromadné cloud computing.na zařízení “, – řekl.
Navrhování pro 5G Pro konstruktéry, kteří mají za úkol navrhovat 5G čipy, je v skládačce mnoho pohyblivých dílků, z nichž každý má svůj vlastní soubor úvah.Například u základnových stanic je jedním z hlavních problémů spotřeba energie.
„Většina základnových stanic je navržena s pokročilými uzly technologie ASIC a FPGA,“ řekl Geoff Tate, generální ředitel společnosti Flex Logix.„V současné době jsou navrženy pomocí SerDes, které spotřebovávají hodně energie a zabírají hodně místa.Pokud dokážete zabudovat programovatelnost do ASIC, můžete snížit spotřebu energie a stopu, protože nepotřebujete SerDes k rychlému běhu mimo čip a máte větší šířku pásma mezi programovatelnou logikou a ASIC Intel to dělá tím, že do FPGA vloží své Xeony a Altera FPGA. stejný balíček Získáte tedy 100krát větší šířku pásma Zajímavosti o základnových stanicích Nejprve vyvinete technologii a poté ji můžete prodávat a používat po celém světě.S mobilním telefonem můžete vytvářet různé verze pro různé země.“
Požadavky se liší pro zařízení nasazená v základní síti a v cloudu.Jedním z klíčových aspektů je architektura, která usnadňuje správu softwaru a snadno přenáší případy použití na zařízení.
„Ekosystém standardů pro manipulaci s virtualizovanými kontejnerovými službami, jako je OPNFV (otevřená platforma pro virtualizaci síťových funkcí), je velmi důležitý,“ řekl Alexander z Arm.„Řízení interakce mezi síťovými prvky a provozem mezi zařízeními prostřednictvím orchestrace služeb bude také klíčové.ONAP (Open Network Automation Platform) je příkladem.Spotřeba energie a účinnost zařízení jsou také klíčovými konstrukčními volbami.“
Na okraji sítě požadavky zahrnují nízkou latenci, vysokou uživatelskou šířku pásma a nízkou spotřebu energie.
„Akcelerátory musí být schopny snadno podporovat mnoho různých výpočetních požadavků, které ne vždy nejlépe zvládnou univerzální CPU,“ řekl Alexander.Schopnost škálování je velmi důležitá.Důležitá je také podpora architektury, která může snadno škálovat mezi ASIC, ASSP a FPGA, protože edge computing bude distribuován v sítích jakékoli velikosti a na jakémkoli zařízení.Důležitá je také škálovatelnost softwaru.“
5G by také mohlo způsobit změny v architektuře čipové sady, zejména tam, kde jsou umístěna rádia.Ron Lowman řekl, že zatímco analogové front-endy LTE řešení jsou umístěny na rádiu, procesoru nebo plně integrovány, když návrhářské týmy migrují na nové technologie, tyto front-endy se obvykle nejprve přesunou z čipu a poté zpět na něj. .jak technologie postupuje On, manažer strategického marketingu IoT společnosti Synopsys.
„S příchodem 5G se očekává, že v integrovaných komponentách bude hrát významnou roli více rádií, pokročilejší technologie a rychlejší a pokročilejší technologické uzly, jako je 12nm a vyšší,“ řekl Lowman.„To vyžaduje, aby převodníky dat, které jdou do analogového rozhraní, byly schopny zpracovat gigasamply za sekundu.Vždy je také důležitá vysoká spolehlivost.Faktory, jako je otevřené spektrum a používání Wi-Fi, to dělají mnohem obtížnější, než tomu bylo v minulosti.Pokusit se vypořádat se vším, co není snadný úkol, a strojové učení a umělá inteligence se mohou dobře hodit k tomu, aby udělali část těžké práce.To zase ovlivňuje architekturu, protože zatěžuje nejen zpracování, ale také paměť.“
Thompson of Cadence souhlasí.„Jak vyvíjíme 5G nebo IoT pro vyšší standardy 802.11 a dokonce i některé aspekty ADAS, snažíme se snížit spotřebu energie, být levnější, být menší a zvýšit výkon přesunem do menších uzlů.Porovnejte to s vaším mixem obav, pozorovaným v Ruské federaci,“ řekl.„Jak se uzly zmenšují, IC se zmenšují.Aby IC plně využil své menší velikosti, musí být v menším balení.Existuje tlak na to, aby byly věci menší a kompaktnější, ale to není dobrá věc.“pro RF Design“.„…v simulaci se příliš nestarám o vliv obvodu na distribuci.Pokud mám kus kovu, může to vypadat trochu jako rezistor, ale vypadá to jako rezistor na všech frekvencích.Pokud je to RF efekt, pak je to přenosové vedení, bude to vypadat jinak v závislosti na tom, jakou frekvenci přes něj posílám. Tato pole budou spuštěna v jiných částech řetězce. Nyní jsem shromáždil vše blíže k sobě a když to Když se dostanu k menším uzlům, tyto vazebné efekty se stanou výraznějšími, což také znamená, že předpětí je menší. Hluk je tedy velký účinek, protože zařízení nesnižuji. nižší napětí, stejná hladina hluku má větší účinek. Mnoho z těchto problémů se vyskytuje na systémové úrovni v 5G.“
Nové zaměření na spolehlivost Spolehlivost získala nový význam v bezdrátové komunikaci, protože tyto čipy se používají v automobilových, průmyslových a lékařských aplikacích.To obecně nesouvisí s bezdrátovou komunikací, kde se selhání připojení, snížení výkonu nebo jakýkoli jiný problém, který by mohl narušit službu, obecně považují spíše za nepříjemnost než za bezpečnostní problém.
„Musíme najít nové způsoby, jak ověřit, že funkční bezpečnostní čipy budou spolehlivě fungovat,“ řekl Roland Jahnke, vedoucí konstrukčních metod společnosti Fraunhofer EAS.„Jako průmysl tam ještě nejsme.Právě teď se snažíme strukturovat proces vývoje.Musíme se podívat na to, jak se součásti a nástroje vzájemně ovlivňují, a máme hodně práce, abychom zajistili konzistenci.“
Jahnke poznamenal, že až dosud byla většina problémů způsobena jedinou chybou návrhu.„Co když jsou tam dva nebo tři brouci?Ověřovatel by měl návrháři sdělit, co se může pokazit a kde jsou chyby, a poté je během procesu návrhu vrátit zpět.“
To se stalo velkým problémem na mnoha trzích kritických pro bezpečnost a velkým problémem bezdrátového a automobilového průmyslu je stále se zvyšující počet proměnných na obou stranách.„Některé z nich musí být navrženy tak, aby byly vždy zapnuté,“ říká Oliver King, CTO společnosti Moortec.„Modelování v předstihu může předpovědět, jak budou věci použity.Je těžké předvídat.Bude chvíli trvat, než uvidíme, jak věci fungují.“
Nutná vesnická síť.Dostatek společností má však pocit, že 5G má dostatek výhod, aby ospravedlnily úsilí o vybudování infrastruktury potřebné k tomu, aby to všechno fungovalo.
Magdi Abadir, viceprezident marketingu společnosti Helic, uvedl, že největším rozdílem oproti 5G budou nabízené rychlosti dat.„5G může pracovat rychlostí 10 až 20 gigabitů za sekundu.Infrastruktura musí podporovat typ rychlosti přenosu dat a čipy musí tato příchozí data zpracovávat.U přijímačů a vysílačů v pásmech nad 100 GB je třeba počítat i s frekvencí.V Ruské federaci jsou zvyklí na frekvenci 70 GHz pro radary a podobně.“
Vytvoření této infrastruktury je složitý úkol, který zahrnuje několik článků v dodavatelském řetězci elektroniky.
"Kouzlo, o kterém se mluví, aby se to stalo, je pokus o větší integraci na RF straně SoC," řekl Abadir.Integrace s analogovými ADC a DAC komponenty s velmi vysokou vzorkovací frekvencí.Vše musí být integrováno do stejného SoC.Viděli jsme integraci a diskutovali jsme o problémech integrace, ale to vše přehání, protože to klade vysoký cíl a nutí vývojáře integrovat ještě více, než se dosud myslelo.Je velmi těžké vše izolovat a neovlivňovat sousední okruhy.“
Z tohoto pohledu je 2G především přenos hlasu, zatímco 3G a 4G jsou více datovým přenosem a efektivnější podporou.Naopak 5G představuje rozšíření různých zařízení, různých služeb a zvýšení šířky pásma.
„Nové modely využití, jako je vylepšené mobilní širokopásmové připojení a konektivita s nízkou latencí, vyžadují desetinásobné zvýšení šířky pásma,“ řekl Mike Fitton, strategický plánovač a specialista na rozvoj podnikání ve společnosti Achronix.„Kromě toho se očekává, že 5G se stane velmi důležitým pro V2X, zejména pro příští generaci 5G.5G Release 16 bude mít URLLC, což je velmi důležité pro aplikace V2X.Aplikace typu sítě.
Plánování nejisté budoucnosti 5G je často vnímáno jako série superlativů s 10x větší šířkou pásma, 5x latencí a 5-10x více zařízeními.To je komplikováno skutečností, že inkoust ve specifikacích 5G není příliš suchý.Vždy existují pozdní přídavky, které vyžadují flexibilitu a mění se v programovatelnost.
„Pokud vezmete v úvahu dvě velké potřeby hardwarového datového spojení kvůli velké šířce pásma a potřebě flexibility, znamená to, že pravděpodobně budete potřebovat nějaký druh vyhrazeného SoC nebo ASIC, který má větší programovatelnost mezi hardwarem a softwarem.…když se dnes podíváte na každou 5G platformu, všechny jsou založeny na FPGA, protože prostě nevidíte propustnost.V určitém okamžiku všichni hlavní bezdrátoví výrobci OEM pravděpodobně přejdou na ekonomičtější a optimalizované softwarové napájení ASIC, ale vyžaduje flexibilitu a snahu snížit náklady a spotřebu energie.Jde o to zachovat flexibilitu tam, kde ji potřebujete (v FPGA nebo vestavěných FPGA), a pak tam, kde je to možné, přidat funkčnost, abyste dosáhli nejnižších nákladů a spotřeby energie.“
Tate of Flex Logix souhlasí.„V této oblasti působí více než 100 společností.Spektrum je jiné, protokol je jiný a použité čipy jsou jiné.Opakovací čip bude mít omezenější výkon na stěnách budovy, kde může být místo, kde je eFPGA cennější.
Související příběhy Skalnatá cesta k 5G Jak daleko tato nová bezdrátová technologie zajde a jaké výzvy je třeba překonat?Bezdrátové testování čelí novým výzvám Nástup 5G a dalších nových bezdrátových technologií ještě více ztěžuje testování.Bezdrátové testování je jedním z možných řešení.Tech Talk: Co znamená 5G, nový bezdrátový standard, pro technický průmysl a jaké výzvy před námi stojí.Závod testovacího vybavení 5G začíná Další generace bezdrátové technologie je stále ve vývoji, ale dodavatelé vybavení jsou připraveni testovat 5G v pilotních nasazeních.
Průmysl pokročil v pochopení toho, jak stárnutí ovlivňuje spolehlivost, ale více proměnných ztěžuje nápravu.
Skupina zkoumá potenciál 2D materiálů, 1000vrstvé paměti NAND a nových způsobů, jak najmout talenty.
Heterogenní integrace a zvyšující se hustota ve front-end uzlech představují pro výrobu a balení IC některé náročné a skličující výzvy.
Ověření procesoru je mnohem obtížnější než ASIC srovnatelné velikosti a procesory RISC-V přidávají další vrstvu složitosti.
127 startupů získalo 2,6 miliardy dolarů, přičemž značné finanční prostředky získalo připojení datových center, kvantové výpočty a baterie.
Průmysl pokročil v pochopení toho, jak stárnutí ovlivňuje spolehlivost, ale více proměnných ztěžuje nápravu.
Heterogenní konstrukce, teplotní nesoulad v různých případech použití může ovlivnit vše od zrychleného stárnutí po deformaci a selhání systému.
Nový standard paměti přidává významné výhody, ale stále je drahý a obtížně se používá.To se může změnit.
Čas odeslání: 16. března 2023