Neste generasjon trådløs teknologi er full av utfordringer, men det har ikke bremset tempoet.
Denne teknologien har svært høye datahastigheter, mye lavere ventetid enn 4G LTE, og evnen til å håndtere kraftig økt enhetstetthet per cellested.Kort sagt, det er den beste teknologien for å håndtere flommen av data generert av bilsensorer, IoT-enheter og i økende grad neste generasjons elektronikk.
Drivkraften bak denne teknologien er et nytt luftgrensesnitt som vil gjøre mobilnettoperatører i stand til å oppnå større effektivitet med en lignende spektrumallokering.Det nye nettverkshierarkiet vil gjøre det enklere å jobbe med segmenterte 5G-nettverk ved å tillate deg å dynamisk allokere flere typer trafikk basert på spesifikke trafikkbehov.
"Det handler om båndbredde og ventetid," sa Michael Thompson, RF Solutions Architect ved Cadence's Custom ICs and PCBs Group.«Hvor raskt kan jeg få en stor mengde data?En annen fordel er at dette er et dynamisk system, så det sparer meg for bryet med å binde opp en hel kanal eller flere båndbreddekanaler.Dette ligner på gjennomstrømning ved behov, avhengig av applikasjonen.Dette er hva.Dermed er den mer fleksibel enn forrige generasjons standard.I tillegg er kapasiteten mye høyere.»
Dette åpner for nye bruksmuligheter i hverdagen, på idrettsarrangementer, i industrien og i transport."Hvis jeg setter nok sensorer på flyet, kan jeg kontrollere det, og med en applikasjon som maskinlæring vil det begynne å forstå når en del, et system eller en prosess må repareres eller erstattes," sa Thompson.«Så det er et fly som flyr gjennom landet og det kommer til å lande i LaGuardia.Vent, noen kommer og erstatter den.Dette gjelder veldig stort jordflyttingsutstyr, og gruveutstyr hvor systemet tar seg av seg selv.Du vil forhindre at utstyret med multi-million dollar-enheter krasjer, slik at de ikke sitter der og venter på at deler skal sendes inn. Du vil motta data fra tusenvis av disse enhetene samtidig. Det tar mye båndbredde og lav ventetid for å få informasjon raskt. Hvis du trenger å snu og sende noe tilbake, kan du også sende det veldig raskt.»
Én teknologi, flere implementeringer Begrepet 5G brukes på en rekke måter i disse dager.I sin mest generelle form er dette en utvikling av mobil trådløs teknologi som vil tillate nye tjenester å administreres over et standard luftgrensesnitt, forklarte Colin Alexander, direktør for trådløs markedsføring for Arms infrastrukturvirksomhet."Flere eksisterende og nye frekvenser vil bli allokert for å frakte trafikk fra under 1 GHz over lange avstander, forstads- og bredere dekning, og millimeterbølgetrafikk fra 26 til 60 GHz for nye brukstilfeller med høy kapasitet og lav latens."
The Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) og andre har utviklet en notasjon som viser brukstilfeller ved de tre punktene i en trekant – det ene hjørnet for forbedret mobilt bredbånd, det andre for ultra-pålitelig kommunikasjon med lav latens (URLLC).Kommunikasjonsmaskintype.Hver av dem krever en helt annen type nettverk for deres behov.
"Dette fører til et annet krav for 5G, kravet om å definere et kjernenettverk," sa Alexander."Kjernenettverket vil effektivt skalere alle disse forskjellige typene trafikk."
Han bemerket at mobilnettoperatører jobber for å gi den mest fleksible oppgraderingen og utvidelsen av nettverkene deres, ved å bruke virtualiserte og containeriserte programvareimplementeringer som kjører på standard datamaskinvare i skyen.
Når det gjelder URLLC-trafikktyper, kan disse applikasjonene nå administreres fra skyen.Men dette krever at noen kontroller og brukerfunksjoner flyttes nærmere kanten av nettverket, til luftgrensesnittet.Vurder for eksempel intelligente roboter i fabrikker som krever nettverk med lav latens av sikkerhets- og effektivitetsgrunner.Dette vil kreve kantdatablokker, hver med databehandlings-, lagrings-, akselerasjons- og maskinlæringsevner, og at noen, men ikke alle V2X- og bilapplikasjonstjenester vil ha lignende krav, sier Alexander.
”I tilfeller der det kreves lav latenstid, kan prosessering igjen flyttes til kanten for å beregne og kommunisere V2X-løsninger.Hvis applikasjonen handler mer om ressursadministrasjon, for eksempel parkering eller produsentsporing, kan databehandlingen være bulk cloud computing.»på enheten ", - sa han.
Designe for 5G For designingeniører som har i oppgave å designe 5G-brikker, er det mange bevegelige brikker i puslespillet, hver med sine egne vurderinger.For eksempel på basestasjoner er et av hovedproblemene strømforbruket.
"De fleste basestasjonene er designet med avanserte ASIC- og FPGA-teknologinoder," sa Geoff Tate, administrerende direktør i Flex Logix."Foreløpig er de designet med SerDes, som bruker mye strøm og tar opp mye plass.Hvis du kan bygge programmerbarhet inn i ASIC-en, kan du redusere strømforbruket og fotavtrykket fordi du ikke trenger SerDes for å kjøre raskt off-chip, og du har mer båndbredde mellom programmerbar logikk og ASIC-er. Intel gjør dette ved å sette inn Xeons og Altera FPGA i samme pakke Så du får 100 ganger mer båndbredde Interessante ting om basestasjoner Først utvikler du teknologien og deretter kan du selge og bruke den over hele verden.Med en mobiltelefon kan du lage forskjellige versjoner for forskjellige land."
Kravene er forskjellige for enheter som er distribuert i kjernenettverket og i skyen.En av hovedhensynene er en arkitektur som gjør det enkelt å administrere programvare og enkelt overføre brukstilfeller til enheter.
"Økosystemet av standarder for håndtering av virtualiserte containertjenester som OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) er veldig viktig," sa Arms Alexander.«Å administrere samspillet mellom nettverkselementer og trafikk mellom enheter gjennom tjenesteorkestrering vil også være nøkkelen.ONAP (Open Network Automation Platform) er et eksempel.Strømforbruk og enhetseffektivitet er også viktige designvalg.»
Ved nettverkskanten inkluderer kravene lav ventetid, høy båndbredde på brukernivå og lavt strømforbruk.
"Akseleratorer må enkelt kunne støtte mange forskjellige beregningskrav som ikke alltid håndteres best av en generell CPU," sa Alexander.Evnen til å skalere er svært viktig.Støtte for en arkitektur som enkelt kan skaleres mellom ASIC-er, ASSP-er og FPGA-er er også viktig, siden edge computing vil bli distribuert på tvers av nettverk av enhver størrelse og på hvilken som helst enhet.Programvareskalerbarhet er også viktig.»
5G kan også forårsake endringer i brikkesettarkitekturen, spesielt der radioene er plassert.Ron Lowman sa at mens de analoge front-ends av LTE-løsninger er plassert på radioen, prosessoren eller fullt integrert, når designteam migrerer til nye teknologier, flytter disse front-ends vanligvis ut av brikken først og deretter tilbake til den. .etter hvert som teknologien utvikler seg Han, Synopsys IoT Strategic Marketing Manager.
"Med bruken av 5G forventes det at flere radioer, mer avanserte teknologier og raskere, mer avanserte teknologinoder som 12nm og over vil spille en betydelig rolle i integrerte komponenter," sa Lowman."Dette krever at dataomformerne som går inn i det analoge grensesnittet kan håndtere gigasampler per sekund.Høy pålitelighet er også alltid viktig.Faktorer som åpent spektrum og Wi-Fi-bruk gjør det mye vanskeligere enn det var tidligere.Å prøve å takle alt det er ikke en lett oppgave, og maskinlæring og kunstig intelligens kan være godt egnet til å gjøre noe av det harde arbeidet.Dette påvirker i sin tur arkitekturen, siden den laster ikke bare prosessering, men også minne.»
Thompson fra Cadence er enig."Når vi utvikler 5G eller IoT for høyere 802.11-standarder og til og med noen ADAS-hensyn, prøver vi å redusere strømforbruket, være billigere, være mindre og øke ytelsen ved å flytte til mindre noder.Sammenlign det med din blanding av bekymringer, observert i den russiske føderasjonen," sa han."Når noder blir mindre, blir IC-er mindre.For at en IC skal dra full nytte av sin mindre størrelse, må den være i en mindre pakke.Det er et press for at ting skal være mindre og mer kompakte, men det er ikke bra.»for RF-design”."...i simulering bekymrer jeg meg ikke for mye om kretsens effekt på distribusjonen.Hvis jeg har et stykke metall kan det se ut som en motstand litt, men det ser ut som en motstand på alle frekvenser.Hvis det er en RF-effekt, så er det en overføringslinje, den vil se annerledes ut avhengig av hvilken frekvens jeg sender over den. Disse feltene vil bli utløst i andre deler av kjeden. Nå har jeg samlet alt nærmere hverandre og når det gjør, øker koblingsgraden eksponentielt. Når jeg kommer til de mindre nodene, blir disse koblingseffektene mer uttalt, noe som også betyr at forspenningen er mindre. Så støyen er en stor effekt fordi jeg ikke forspenner enheten ned. lavere spenning, samme støynivå har mer effekt. Mange av disse problemene er tilstede på systemnivå i 5G."
Nytt fokus på pålitelighet Pålitelighet har fått en ny betydning innen trådløs kommunikasjon ettersom disse brikkene brukes i bilindustrien, industrielle og medisinske applikasjoner.Dette er vanligvis ikke relatert til trådløs kommunikasjon, der tilkoblingsfeil, ytelsesforringelse eller andre problemer som kan forstyrre tjenesten generelt blir sett på som en ulempe snarere enn et sikkerhetsproblem.
"Vi må finne nye måter å bekrefte at funksjonelle sikkerhetsbrikker vil fungere pålitelig," sa Roland Jahnke, leder for designmetoder hos Fraunhofer EAS.«Som bransje er vi ikke der ennå.Vi prøver å strukturere utviklingsprosessen akkurat nå.Vi må se på hvordan deler og verktøy samhandler, og vi har mye arbeid for å sikre konsistens.»
Jahnke bemerket at så langt har de fleste problemene vært på grunn av en enkelt designfeil.«Hva om det er to eller tre feil?Verifikatoren bør fortelle designeren hva som kan gå galt og hvor feilene er, og deretter rulle dem tilbake under designprosessen.»
Dette har blitt et stort problem i mange sikkerhetskritiske markeder, og det store problemet med trådløst og bilindustrien er det stadig økende antallet variabler på begge sider."Noen av dem må være designet for å alltid være på," sier Oliver King, CTO i Moortec."Modellering på forhånd kan forutsi hvordan ting vil bli brukt.Det er vanskelig å forutsi.Det vil ta tid å se hvordan ting fungerer."
Landsbynettverk kreves.Imidlertid føler nok selskaper at 5G har nok fordeler til å rettferdiggjøre innsatsen for å bygge infrastrukturen som trengs for å få det hele til å fungere.
Magdi Abadir, visepresident for markedsføring i Helic, sa at den største forskjellen med 5G vil være datahastighetene som tilbys."5G kan operere med hastigheter fra 10 til 20 gigabit per sekund.Infrastrukturen må støtte typen dataoverføringshastighet, og brikkene må behandle disse innkommende dataene.For mottakere og sendere i bånd over 100 GB skal det også tas hensyn til frekvensen.I den russiske føderasjonen er de vant til en frekvens på 70 GHz for radarer og lignende.»
Å lage denne infrastrukturen er en kompleks oppgave som spenner over flere ledd i elektronikkforsyningskjeden.
"Magien det snakkes om for å få dette til, er å prøve å gjøre mer integrasjon på RF-siden av SoC," sa Abadir.Integrasjon med analoge ADC- og DAC-komponenter med svært høy samplingshastighet.Alt må integreres i samme SoC.Vi har sett integrasjon og diskutert integrasjonsspørsmål, men dette overdriver alt fordi det setter et høyt mål og tvinger utviklere til å integrere enda mer enn tidligere antatt.Det er veldig vanskelig å isolere alt og ikke påvirke nabokretser.»
Fra dette synspunktet er 2G først og fremst taleoverføring, mens 3G og 4G er mer dataoverføring og mer effektiv støtte.Tvert imot representerer 5G spredningen av forskjellige enheter, forskjellige tjenester og økt båndbredde.
"Nye bruksmodeller som forbedret mobilt bredbånd og tilkobling med lav latens krever en 10 ganger økning i båndbredde," sa Mike Fitton, Strategic Planner og Business Development Specialist hos Achronix.«I tillegg forventes 5G å bli svært viktig for V2X, spesielt for neste generasjon 5G.5G Release 16 vil ha URLLC som er veldig viktig for V2X-applikasjoner.Nettverkstype applikasjon.
Planlegging for den usikre fremtiden til 5G blir ofte sett på som en serie superlativer med 10x mer båndbredde, 5x latens og 5-10x flere enheter.Dette kompliseres av det faktum at blekket i 5G-spesifikasjonene ikke er veldig tørt.Det er alltid sene tillegg som krever fleksibilitet og blir til programmerbarhet.
"Hvis du tar i betraktning de to store behovene til en maskinvaredatalink på grunn av høy båndbredde og behovet for fleksibilitet, betyr dette at du sannsynligvis vil trenge en slags dedikert SoC eller ASIC som har mer programmerbarhet mellom maskinvare og programvare.…hvis du ser på hver 5G-plattform i dag, er de alle basert på FPGA-er fordi du bare ikke ser gjennomstrømningen.På et tidspunkt vil alle de store trådløse OEM-ene sannsynligvis gå over til mer økonomisk og optimalisert programvare ASIC-kraft, men krever fleksibilitet og drivkraft for å redusere kostnader og strømforbruk.Det handler om å beholde fleksibiliteten der du trenger den (i FPGAer eller innebygde FPGAer) og deretter legge til funksjonalitet der det er mulig for å oppnå lavest mulig kostnad og strømforbruk."
Tate of Flex Logix er enig.«Mer enn 100 selskaper opererer i dette området.Spekteret er forskjellig, protokollen er forskjellig, og brikkene som brukes er forskjellige.Repeaterbrikken vil være mer begrenset i kraft på veggene i en bygning, der det kan være et sted hvor en eFPGA er mer verdifull.»
Relaterte historier The Rocky Road to 5G Hvor langt vil denne nye trådløse teknologien gå, og hvilke utfordringer gjenstår å overvinne?Trådløs testing står overfor nye utfordringer Fremkomsten av 5G og andre nye trådløse teknologier gjør testingen enda vanskeligere.Trådløs testing er en mulig løsning.Tech Talk: Hva 5G, den nye trådløse standarden, betyr for teknologibransjen og hvilke utfordringer som ligger foran oss.5G-testutstyrsløpet begynner Den neste generasjonen av trådløs teknologi er fortsatt under utvikling, men utstyrsleverandører er klare til å teste 5G i pilotutplasseringer.
Bransjen har gjort fremskritt i å forstå hvordan aldring påvirker påliteligheten, men flere variabler gjør det vanskeligere å fikse.
Gruppen utforsker potensialet til 2D-materialer, 1000-lags NAND-minne og nye måter å ansette talenter på.
Heterogen integrasjon og økende tetthet i front-end-noder utgjør noen utfordrende og skremmende utfordringer for IC-produksjon og -pakking.
Prosessorvalidering er mye vanskeligere enn en ASIC av sammenlignbar størrelse, og RISC-V-prosessorer legger til enda et lag med kompleksitet.
127 startups samlet inn 2,6 milliarder dollar, med betydelige midler hentet fra datasentertilkobling, kvantedatabehandling og batterier.
Bransjen har gjort fremskritt i å forstå hvordan aldring påvirker påliteligheten, men flere variabler gjør det vanskeligere å fikse.
Heterogene design, termisk misforhold i forskjellige brukstilfeller kan påvirke alt fra akselerert aldring til vridning og systemfeil.
Den nye minnestandarden gir betydelige fordeler, men den er fortsatt dyr og vanskelig å bruke.Dette kan endre seg.
Innleggstid: 16-mars-2023