Nästa generation av trådlös teknik är fylld av utmaningar, men det har inte bromsat tempot.
Denna teknik har mycket höga datahastigheter, mycket lägre latens än 4G LTE och förmågan att hantera kraftigt ökad enhetstäthet per cellplats.Kort sagt, det är den bästa tekniken för att hantera floden av data som genereras av fordonssensorer, IoT-enheter och, i allt högre grad, nästa generations elektronik.
Drivkraften bakom denna teknik är ett nytt luftgränssnitt som kommer att göra det möjligt för mobilnätsoperatörer att uppnå större effektivitet med en liknande spektrumallokering.Den nya nätverkshierarkin kommer att göra det lättare att arbeta med segmenterade 5G-nätverk genom att tillåta dig att dynamiskt allokera flera typer av trafik baserat på specifika trafikbehov.
"Det handlar om bandbredd och latens", säger Michael Thompson, RF Solutions Architect på Cadence's Custom ICs and PCBs Group."Hur snabbt kan jag få en stor mängd data?En annan fördel är att detta är ett dynamiskt system, så det sparar mig besväret att binda ihop en hel kanal eller flera bandbreddskanaler.Detta liknar genomströmning på begäran, beroende på applikation.Det här är vad.Den är alltså mer flexibel än den tidigare generationens standard.Dessutom är dess kapacitet mycket högre.”
Detta öppnar för nya tillämpningsmöjligheter i vardagen, vid sportevenemang, inom industrin och inom transport."Om jag sätter tillräckligt många sensorer på planet kan jag styra det, och med en applikation som maskininlärning kommer det att börja förstå när en del, ett system eller en process behöver repareras eller bytas ut," sa Thompson."Så det är ett plan som flyger genom landet och det kommer att landa i LaGuardia.Vänta, någon kommer och ersätter den.Detta gäller för mycket stor schaktningsutrustning och gruvutrustning där systemet sköter sig självt.Du vill förhindra att dessa enheter för flera miljoner dollar kraschar så att de inte sitter där och väntar på att delar ska skickas in. Du kommer att få data från tusentals av dessa enheter samtidigt. Det tar mycket bandbredd och låg latens för att snabbt få information. Om du behöver vända och skicka tillbaka något kan du också skicka det väldigt snabbt."
En teknik, flera implementeringar Termen 5G används på en mängd olika sätt idag.I sin mest allmänna form är detta en utveckling av mobil trådlös teknik som kommer att göra det möjligt för nya tjänster att hanteras över ett standard luftgränssnitt, förklarade Colin Alexander, chef för trådlös marknadsföring för Arms infrastrukturverksamhet."Flera befintliga och nya frekvenser kommer att allokeras för att transportera trafik från under 1 GHz över långa avstånd, förorts- och bredare täckning, och millimetervågstrafik från 26 till 60 GHz för nya användningsfall med hög kapacitet och låg latens."
Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) och andra har utvecklat en notation som skildrar användningsfall vid de tre punkterna i en triangel – ett hörn för förbättrat mobilt bredband, det andra för ultratillförlitlig kommunikation med låg latens (URLLC).Typ av kommunikationsmaskin.Var och en av dem kräver en helt annan typ av nätverk för sina behov.
"Detta leder till ett annat krav för 5G, kravet på att definiera ett kärnnätverk," sa Alexander."Kärnnätverket kommer effektivt att skala alla dessa olika typer av trafik."
Han noterade att mobilnätsoperatörer arbetar för att tillhandahålla den mest flexibla uppgraderingen och expansionen av sina nätverk, med hjälp av virtualiserade och containeriserade mjukvaruimplementationer som körs på standard datorhårdvara i molnet.
När det gäller URLLC-trafiktyper kan dessa applikationer nu hanteras från molnet.Men detta kräver att vissa kontroller och användarfunktioner flyttas närmare kanten av nätverket, till luftgränssnittet.Överväg till exempel intelligenta robotar i fabriker som kräver nätverk med låg latens av säkerhets- och effektivitetsskäl.Detta kommer att kräva edge computing-block, vart och ett med beräknings-, lagrings-, accelerations- och maskininlärningsmöjligheter, och att vissa men inte alla V2X- och fordonsapplikationstjänster kommer att ha liknande krav, säger Alexander.
”I de fall då låg latens krävs kan bearbetning återigen flyttas till kanten för att beräkna och kommunicera V2X-lösningar.Om applikationen mer handlar om resurshantering, såsom parkering eller spårning av tillverkare, kan beräkningen vara bulk cloud computing.”på enheten”, – sa han.
Designa för 5G För designingenjörer som har till uppgift att designa 5G-chips finns det många rörliga bitar i pusslet, var och en med sin egen uppsättning överväganden.Till exempel vid basstationer är ett av huvudproblemen strömförbrukningen.
"De flesta av basstationerna är designade med avancerade ASIC- och FPGA-teknologinoder", säger Geoff Tate, VD för Flex Logix."För närvarande är de designade med SerDes, som förbrukar mycket ström och tar upp mycket utrymme.Om du kan bygga in programmerbarhet i ASIC kan du minska strömförbrukningen och fotavtrycket eftersom du inte behöver SerDes för att köra snabbt off-chip och du har mer bandbredd mellan programmerbar logik och ASIC:er Intel gör detta genom att sätta in sina Xeons och Altera FPGA i samma paket Så du får 100 gånger mer bandbredd. Intressanta saker med basstationer Först utvecklar du tekniken och sedan kan du sälja och använda den över hela världen.Med en mobiltelefon kan du skapa olika versioner för olika länder.”
Kraven är olika för enheter som används i kärnnätet och i molnet.En av de viktigaste övervägandena är en arkitektur som gör det enkelt att hantera programvara och enkelt porta användningsfall till enheter.
"Ekosystemet av standarder för hantering av virtualiserade containertjänster som OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) är mycket viktigt", säger Arms Alexander."Att hantera interaktionen mellan nätverkselement och trafik mellan enheter genom tjänsteorkestrering kommer också att vara nyckeln.ONAP (Open Network Automation Platform) är ett exempel.Strömförbrukning och enhetseffektivitet är också viktiga designval."
Vid nätverkskanten inkluderar kraven låg latens, hög bandbredd på användarnivå och låg strömförbrukning.
"Acceleratorer måste enkelt kunna stödja många olika beräkningskrav som inte alltid hanteras bäst av en generell CPU," sa Alexander.Förmågan att skala är mycket viktig.Stöd för en arkitektur som enkelt kan skala mellan ASIC, ASSP och FPGA är också viktigt, eftersom edge computing kommer att distribueras över nätverk av alla storlekar och på vilken enhet som helst.Mjukvarans skalbarhet är också viktigt.”
5G kan också orsaka förändringar i chipset-arkitekturen, särskilt där radioapparaterna finns.Ron Lowman sa att medan de analoga frontändarna av LTE-lösningar placeras på radion, processorn eller helt integrerade, när designteam migrerar till ny teknik, flyttar dessa frontends vanligtvis ut ur chippet först och sedan tillbaka till det. .allt eftersom tekniken utvecklas Han, Synopsys IoT Strategic Marketing Manager.
"Med tillkomsten av 5G förväntas det att flera radioapparater, mer avancerad teknik och snabbare, mer avancerad tekniknoder som 12nm och högre kommer att spela en betydande roll i integrerade komponenter," sa Lowman.”Detta kräver att dataomvandlarna som går in i det analoga gränssnittet kan hantera gigasampler per sekund.Hög tillförlitlighet är också alltid viktigt.Faktorer som öppet spektrum och Wi-Fi-användning gör det mycket svårare än det var tidigare.Att försöka hantera allt det där är inte en lätt uppgift, och maskininlärning och artificiell intelligens kan vara väl lämpade för att göra en del av det hårda arbetet.Detta påverkar i sin tur arkitekturen, eftersom den inte bara laddar bearbetning utan också minne.”
Thompson från Cadence håller med."När vi utvecklar 5G eller IoT för högre 802.11-standarder och även vissa ADAS-överväganden, försöker vi minska strömförbrukningen, bli billigare, vara mindre och öka prestandan genom att flytta till mindre noder.Jämför det med din blandning av bekymmer som observerats i Ryska federationen, sa han."När noderna blir mindre, blir IC:er mindre.För att en IC ska kunna dra full nytta av sin mindre storlek måste den vara i ett mindre paket.Det finns en push för att saker ska vara mindre och mer kompakta, men det är inte bra.”för RF-design”."...i simulering oroar jag mig inte för mycket om kretsens effekt på distributionen.Om jag har en bit metall kan det se ut som ett motstånd lite, men det ser ut som ett motstånd på alla frekvenser.Om det är en RF-effekt så är det en transmissionsledning, den kommer att se olika ut beroende på vilken frekvens jag skickar över den. Dessa fält kommer att triggas i andra delar av kedjan. Nu har jag samlat allt närmare varandra och när det gör, ökar anslutningsgraden exponentiellt. När jag kommer till de mindre noderna blir dessa kopplingseffekter mer uttalade, vilket också innebär att förspänningen är mindre. Så bruset är en stor effekt eftersom jag inte förspänner enheten nedåt. lägre spänning, samma brusnivå har mer effekt. Många av dessa problem finns på systemnivå i 5G.”
Nytt fokus på tillförlitlighet Tillförlitlighet har fått en ny innebörd inom trådlös kommunikation eftersom dessa chips används i fordonsindustrin, industriella och medicinska tillämpningar.Detta är i allmänhet inte relaterat till trådlös kommunikation, där anslutningsfel, prestandaförsämring eller något annat problem som kan störa tjänsten i allmänhet ses som ett besvär snarare än ett säkerhetsproblem.
"Vi måste hitta nya sätt att verifiera att funktionella säkerhetschips kommer att fungera tillförlitligt", säger Roland Jahnke, chef för designmetoder på Fraunhofer EAS."Som bransch är vi inte där än.Vi försöker strukturera utvecklingsprocessen just nu.Vi måste titta på hur delar och verktyg samverkar, och vi har mycket arbete för att säkerställa konsekvens.”
Jahnke noterade att hittills har de flesta av problemen berott på ett enda designfel."Tänk om det finns två eller tre buggar?Verifieraren bör berätta för designern vad som kan gå fel och var felen finns, och sedan rulla tillbaka dem under designprocessen."
Detta har blivit ett stort problem på många säkerhetskritiska marknader, och det stora problemet med trådlöst och bilindustrin är det ständigt ökande antalet variabler på båda sidor."En del av dem måste vara designade för att alltid vara på", säger Oliver King, CTO på Moortec."Modellering i förväg kan förutsäga hur saker och ting kommer att användas.Det är svårt att förutse.Det kommer att ta tid att se hur saker och ting fungerar.”
Bynätverk krävs.Men tillräckligt många företag anser att 5G har tillräckligt med fördelar för att motivera ansträngningen att bygga den infrastruktur som behövs för att få det hela att fungera.
Magdi Abadir, vice vd för marknadsföring på Helic, sa att den största skillnaden med 5G kommer att vara de datahastigheter som erbjuds."5G kan fungera i hastigheter från 10 till 20 gigabit per sekund.Infrastrukturen måste stödja typen av dataöverföringshastighet, och chipsen måste bearbeta denna inkommande data.För mottagare och sändare i band över 100 GB måste även frekvensen beaktas.I Ryska federationen är de vana vid en frekvens på 70 GHz för radar och liknande.”
Att skapa denna infrastruktur är en komplex uppgift som sträcker sig över flera länkar i elektronikens leveranskedja.
"Den magi som det talas om för att få detta att hända är att försöka göra mer integration på RF-sidan av SoC," sa Abadir.Integration med analoga ADC- och DAC-komponenter med mycket hög samplingshastighet.Allt måste integreras i samma SoC.Vi har sett integration och diskuterat integrationsfrågor, men detta överdriver allt eftersom det sätter ett högt mål och tvingar utvecklare att integrera ännu mer än man tidigare trott.Det är väldigt svårt att isolera allt och inte påverka närliggande kretsar.”
Ur denna synvinkel är 2G främst röstöverföring, medan 3G och 4G är mer dataöverföring och effektivare stöd.Tvärtom representerar 5G spridningen av olika enheter, olika tjänster och ökad bandbredd.
"Nya användningsmodeller som förbättrat mobilt bredband och anslutning med låg latens kräver en 10x ökning av bandbredden", säger Mike Fitton, Strategic Planner and Business Development Specialist på Achronix."Dessutom förväntas 5G bli mycket viktigt för V2X, speciellt för nästa generation av 5G.5G Release 16 kommer att ha URLLC vilket är mycket viktigt för V2X-applikationer.Program av nätverkstyp.
Planering för den osäkra framtiden för 5G ses ofta som en serie superlativ med 10x mer bandbredd, 5x latens och 5-10x fler enheter.Detta kompliceras av det faktum att bläcket i 5G-specifikationerna inte är särskilt torrt.Det kommer alltid sena tillägg som kräver flexibilitet och övergår i programmerbarhet.
"Om du tar hänsyn till de två stora behoven hos en hårdvarudatalänk på grund av hög bandbredd och behovet av flexibilitet, betyder det att du förmodligen kommer att behöva någon form av dedikerad SoC eller ASIC som har mer programmerbarhet mellan hårdvara och mjukvara.…om du tittar på alla 5G-plattformar idag så är de alla baserade på FPGA eftersom du helt enkelt inte ser genomströmningen.Vid något tillfälle kommer alla större trådlösa OEM-tillverkare sannolikt att gå över till mer ekonomisk och optimerad mjukvara ASIC-kraft, men kräver flexibilitet och drivkraft för att minska kostnader och strömförbrukning.Det handlar om att behålla flexibiliteten där du behöver den (i FPGA eller inbyggda FPGA) och sedan lägga till funktionalitet där det är möjligt för att uppnå lägsta kostnad och strömförbrukning.”
Tate of Flex Logix håller med.”Mer än 100 företag är verksamma inom detta område.Spektrumet är annorlunda, protokollet är annorlunda och chipsen som används är olika.Repeterkretsen kommer att vara mer begränsad i kraft på väggarna i en byggnad, där det kan finnas en plats där en eFPGA är mer värdefull.”
Relaterade berättelser The Rocky Road to 5G Hur långt kommer denna nya trådlösa teknik att gå och vilka utmaningar återstår att övervinna?Trådlös testning står inför nya utmaningar Tillkomsten av 5G och andra nya trådlösa tekniker gör testning ännu svårare.Trådlös testning är en möjlig lösning.Tech Talk: Vad 5G, den nya trådlösa standarden, betyder för teknikindustrin och vilka utmaningar som ligger framför oss.Race för 5G-testutrustning börjar Nästa generation av trådlös teknik är fortfarande under utveckling, men utrustningsleverantörer är redo att testa 5G i pilotinstallationer.
Branschen har gjort framsteg när det gäller att förstå hur åldrande påverkar tillförlitligheten, men fler variabler gör det svårare att fixa.
Gruppen undersöker potentialen för 2D-material, 1000-lagers NAND-minne och nya sätt att anställa talanger.
Heterogen integration och ökande täthet i front-end-noder utgör en del utmanande och skrämmande utmaningar för IC-tillverkning och -förpackning.
Processorvalidering är mycket svårare än en ASIC av jämförbar storlek, och RISC-V-processorer lägger till ytterligare ett lager av komplexitet.
127 nystartade företag samlade in 2,6 miljarder dollar, med betydande finansiering genom anslutning till datacenter, kvantdatorer och batterier.
Branschen har gjort framsteg när det gäller att förstå hur åldrande påverkar tillförlitligheten, men fler variabler gör det svårare att fixa.
Heterogena konstruktioner, termisk oöverensstämmelse i olika användningsfall kan påverka allt från accelererat åldrande till skevhet och systemfel.
Den nya minnesstandarden tillför betydande fördelar, men den är fortfarande dyr och svår att använda.Detta kan ändras.
Posttid: Mar-16-2023