Naslednja generacija brezžične tehnologije je polna izzivov, vendar to ni upočasnilo tempa.
Ta tehnologija se ponaša z zelo visokimi hitrostmi prenosa podatkov, veliko nižjo zakasnitvijo kot 4G LTE in zmožnostjo obvladovanja močno povečane gostote naprav na mesto celice.Skratka, to je najboljša tehnologija za obvladovanje poplave podatkov, ki jih ustvarijo avtomobilski senzorji, naprave IoT in vse bolj elektronika naslednje generacije.
Gonilna sila te tehnologije je nov zračni vmesnik, ki bo operaterjem mobilnih omrežij omogočil večjo učinkovitost s podobno dodelitvijo spektra.Nova omrežna hierarhija bo olajšala delo s segmentiranimi omrežji 5G, saj vam bo omogočila dinamično dodeljevanje več vrst prometa na podlagi specifičnih prometnih potreb.
»Gre za pasovno širino in zakasnitev,« je povedal Michael Thompson, arhitekt RF rešitev pri Cadence's Custom ICs and PCBs Group.»Kako hitro lahko dobim veliko količino podatkov?Druga prednost je, da je to dinamičen sistem, tako da mi prihrani težave pri povezovanju celotnega kanala ali več kanalov pasovne širine.To je podobno prepustnosti na zahtevo, odvisno od aplikacije.To je tisto.Tako je bolj prilagodljiv kot standard prejšnje generacije.Poleg tega je njegova zmogljivost veliko večja.”
To odpira nove možnosti uporabe v vsakdanjem življenju, na športnih dogodkih, v industriji in prometu."Če na letalo postavim dovolj senzorjev, ga lahko nadzorujem in z aplikacijo, kot je strojno učenje, bo začelo razumeti, kdaj je treba del, sistem ali proces popraviti ali zamenjati," je dejal Thompson.»Torej, čez državo leti letalo, ki bo pristalo v LaGuardii.Počakaj, nekdo bo prišel in ga zamenjal.To velja za zelo veliko opremo za zemeljska dela in rudarsko opremo, kjer sistem skrbi sam zase.Preprečiti želite, da bi se te večmilijonske enote vredne opreme zrušile, da ne bi tam čakale na pošiljanje delov. Hkrati boste prejeli podatke iz več tisoč teh enot. Zahteva veliko pasovne širine in nizko zakasnitvijo za hitro pridobivanje informacij. Če se morate obrniti in poslati nekaj nazaj, lahko to tudi pošljete zelo hitro.«
Ena tehnologija, več izvedb Izraz 5G se danes uporablja na različne načine.V svoji najsplošnejši obliki je to razvoj celične brezžične tehnologije, ki bo omogočila upravljanje novih storitev prek standardnega zračnega vmesnika, je pojasnil Colin Alexander, direktor brezžičnega trženja za Armovo infrastrukturno dejavnost."Več obstoječih in novih frekvenc bo dodeljenih za prenos prometa od pod 1 GHz na dolge razdalje, primestno in širšo pokritost ter promet milimetrskih valov od 26 do 60 GHz za nove primere uporabe z visoko zmogljivostjo in nizko zakasnitvijo."
The Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) in drugi so razvili notacijo, ki prikazuje primere uporabe na treh točkah trikotnika – en kot za izboljšano mobilno širokopasovno povezavo, drugi za izjemno zanesljivo komunikacijo z nizko zakasnitvijo (URLLC).Vrsta komunikacijskega stroja.Vsak od njih za svoje potrebe potrebuje popolnoma drugačno vrsto omrežja.
"To vodi do druge zahteve za 5G, zahteve po opredelitvi jedrnega omrežja," je dejal Alexander."Jedrno omrežje bo učinkovito prilagodilo vse te različne vrste prometa."
Opozoril je, da si operaterji mobilnih omrežij prizadevajo zagotoviti najbolj prilagodljivo nadgradnjo in razširitev svojih omrežij z uporabo virtualiziranih in kontejnerskih implementacij programske opreme, ki se izvajajo na standardni računalniški strojni opremi v oblaku.
Kar zadeva vrste prometa URLLC, je te aplikacije zdaj mogoče upravljati iz oblaka.Toda to zahteva premik nekaterih kontrolnikov in uporabniških funkcij bližje robu omrežja, k zračnemu vmesniku.Na primer, razmislite o inteligentnih robotih v tovarnah, ki zaradi varnosti in učinkovitosti zahtevajo omrežja z nizko zakasnitvijo.To bo zahtevalo robne računalniške bloke, od katerih ima vsak zmožnosti računanja, shranjevanja, pospeševanja in strojnega učenja, ter da bodo imele nekatere, a ne vse storitve V2X in avtomobilske aplikacije, podobne zahteve, pravi Alexander.
”V primerih, ko je potrebna nizka zakasnitev, se lahko obdelava spet premakne na rob za računanje in komunikacijo rešitev V2X.Če je aplikacija bolj namenjena upravljanju virov, kot je parkiranje ali sledenje proizvajalcem, je lahko računalništvo množično računalništvo v oblaku.«na napravi “, – je rekel.
Oblikovanje za 5G Za inženirje, ki so zadolženi za oblikovanje čipov 5G, je v sestavljanki veliko premikajočih se kosov, od katerih ima vsak svoj nabor premislekov.Na primer, pri baznih postajah je ena glavnih težav poraba energije.
"Večina baznih postaj je zasnovana z naprednimi tehnološkimi vozlišči ASIC in FPGA," je povedal Geoff Tate, izvršni direktor Flex Logix.»Trenutno so zasnovani z uporabo SerDes, ki porabijo veliko energije in zavzamejo veliko prostora.Če lahko v ASIC vgradite možnost programiranja, lahko zmanjšate porabo energije in odtis, ker ne potrebujete SerDes za hitro delovanje zunaj čipa in imate večjo pasovno širino med programabilno logiko in ASIC-ji. Intel to naredi tako, da svoje Xeone in Altera FPGA postavi v isti paket Torej dobite 100-krat večjo pasovno širino. Zanimivosti o baznih postajah Najprej razvijete tehnologijo, nato pa jo lahko prodajate in uporabljate po vsem svetu.Z mobilnim telefonom lahko ustvarite različne različice za različne države.”
Zahteve so različne za naprave, nameščene v jedrnem omrežju in v oblaku.Eden od ključnih dejavnikov je arhitektura, ki olajša upravljanje programske opreme in preprosto prenašanje primerov uporabe v naprave.
»Ekosistem standardov za upravljanje virtualiziranih vsebniških storitev, kot je OPNFV (odprta platforma za virtualizacijo omrežnih funkcij), je zelo pomemben,« je dejal Alexander iz Arma.»Ključno bo tudi upravljanje interakcije med omrežnimi elementi in prometa med napravami prek orkestracije storitev.Primer je ONAP (odprta platforma za avtomatizacijo omrežja).Poraba energije in učinkovitost naprave sta tudi ključni oblikovalski odločitvi.«
Na robu omrežja zahteve vključujejo nizko zakasnitev, visoko pasovno širino na ravni uporabnika in nizko porabo energije.
"Pospeševalniki morajo biti zmožni enostavno podpirati številne različne računalniške zahteve, ki jih CPE za splošne namene ne obvlada vedno najbolje," je dejal Alexander.Sposobnost skaliranja je zelo pomembna.Pomembna je tudi podpora za arhitekturo, ki se zlahka spreminja med ASIC, ASSP in FPGA, saj bo robno računalništvo porazdeljeno po omrežjih katere koli velikosti in na kateri koli napravi.Pomembna je tudi razširljivost programske opreme.«
5G bi lahko povzročil tudi spremembe v arhitekturi nabora čipov, zlasti tam, kjer so radijski sprejemniki.Ron Lowman je dejal, da medtem ko so analogni sprednji deli rešitev LTE nameščeni na radiu, procesorju ali popolnoma integrirani, ko se oblikovalske ekipe selijo na nove tehnologije, se ti sprednji deli običajno najprej premaknejo iz čipa in nato nazaj nanj. .z napredkom tehnologije On, vodja strateškega trženja Synopsys IoT.
"S prihodom 5G se pričakuje, da bodo številni radii, naprednejše tehnologije in hitrejša, naprednejša tehnološka vozlišča, kot je 12nm in več, igrala pomembno vlogo pri integriranih komponentah," je dejal Lowman.»To zahteva, da pretvorniki podatkov, ki gredo v analogni vmesnik, lahko obravnavajo gigavzorce na sekundo.Vedno je pomembna tudi visoka zanesljivost.Zaradi dejavnikov, kot sta odprt spekter in uporaba Wi-Fi, je to veliko težje, kot je bilo v preteklosti.Obvladati vse to ni lahka naloga, strojno učenje in umetna inteligenca pa sta lahko zelo primerna za opravljanje dela težkega dela.To pa vpliva na arhitekturo, saj ne obremenjuje samo obdelave, ampak tudi pomnilnik.”
Thompson iz Cadence se strinja.»Ko razvijamo 5G ali IoT za višje standarde 802.11 in celo nekatere vidike ADAS, poskušamo zmanjšati porabo energije, biti cenejši, biti manjši in povečati zmogljivost s prehodom na manjša vozlišča.Primerjajte to z vašo mešanico skrbi, opaženo v Ruski federaciji,« je dejal.»Ker postajajo vozlišča manjša, postajajo IC manjši.Da bi lahko IC v celoti izkoristil svojo manjšo velikost, mora biti v manjšem paketu.Obstaja prizadevanje, da bi bile stvari manjše in bolj kompaktne, vendar to ni dobro.«za RF oblikovanje«.»…v simulaciji me ne skrbi preveč učinek vezja na distribucijo.Če imam kos kovine, je morda videti kot upor, vendar je videti kot upor pri vseh frekvencah.Če gre za učinek RF, potem je to prenosni vod, videti bo drugače, odvisno od frekvence, ki jo pošiljam po njem. Ta polja se bodo sprožila v drugih delih verige. Zdaj sem vse zbral bližje drug drugemu in ko bo se stopnja povezave eksponentno poveča. Ko pridem do manjših vozlišč, postanejo ti učinki sklopitve bolj izraziti, kar tudi pomeni, da je prednapetost manjša. Hrup je torej velik učinek, ker naprave ne zmanjšam. nižja napetost, enaka raven hrupa ima večji učinek. Veliko teh težav je prisotnih na sistemski ravni v 5G.«
Nov poudarek na zanesljivosti Zanesljivost je dobila nov pomen v brezžičnih komunikacijah, saj se ti čipi uporabljajo v avtomobilski, industrijski in medicinski uporabi.To na splošno ni povezano z brezžičnimi komunikacijami, kjer se napake povezave, poslabšanje zmogljivosti ali katera koli druga težava, ki bi lahko motila storitev, na splošno obravnava kot nevšečnost in ne kot varnostna težava.
"Poiskati moramo nove načine za preverjanje, ali bodo funkcionalni varnostni čipi delovali zanesljivo," je dejal Roland Jahnke, vodja metod oblikovanja pri Fraunhofer EAS.»Kot industrija še nismo tam.Trenutno poskušamo strukturirati razvojni proces.Pogledati moramo, kako deli in orodja medsebojno delujejo, in imamo veliko dela, da zagotovimo doslednost.«
Jahnke je opozoril, da je bila do zdaj večina težav posledica ene same napake pri oblikovanju.»Kaj pa, če sta dva ali tri hrošča?Verifikator bi moral načrtovalcu povedati, kaj bi lahko šlo narobe in kje so hrošči, nato pa jih vrniti med postopkom načrtovanja.«
To je postalo velika težava na številnih varnostno kritičnih trgih, velika težava pri brezžičnih in avtomobilskih storitvah pa je vedno večje število spremenljivk na obeh straneh.»Nekateri od njih morajo biti zasnovani tako, da so vedno vklopljeni,« pravi Oliver King, tehnični direktor podjetja Moortec.»Modeliranje vnaprej lahko napove, kako bodo stvari uporabljene.Težko je napovedati.Potreboval bo čas, da vidim, kako stvari delujejo.”
Zahtevano je vaško omrežje.Vendar pa dovolj podjetij meni, da ima 5G dovolj prednosti, da upraviči prizadevanja za izgradnjo infrastrukture, ki je potrebna za delovanje.
Magdi Abadir, podpredsednik trženja pri Helicu, je dejal, da bo največja razlika s 5G v ponujenih podatkovnih hitrostih.»5G lahko deluje s hitrostjo od 10 do 20 gigabitov na sekundo.Infrastruktura mora podpirati vrsto hitrosti prenosa podatkov, čipi pa morajo obdelati te dohodne podatke.Pri sprejemnikih in oddajnikih v pasovih nad 100 GB je treba upoštevati tudi frekvenco.V Ruski federaciji so navajeni na frekvenco 70 GHz za radarje in podobno.«
Ustvarjanje te infrastrukture je kompleksna naloga, ki zajema več členov v dobavni verigi elektronike.
"Čarovnija, o kateri se govori, da bi se to zgodilo, je poskušati narediti več integracije na RF strani SoC," je dejal Abadir.Integracija z analognimi komponentami ADC in DAC z zelo visoko stopnjo vzorčenja.Vse mora biti integrirano v isti SoC.Videli smo integracije in razpravljali o vprašanjih integracije, vendar to vse pretirava, saj postavlja visoke cilje in sili razvijalce, da integrirajo še več, kot se je prej mislilo.Zelo težko je vse izolirati in ne vplivati na sosednja vezja.«
S tega vidika je 2G predvsem prenos govora, 3G in 4G pa več prenosa podatkov in učinkovitejša podpora.Ravno nasprotno, 5G predstavlja širjenje različnih naprav, različnih storitev in večjo pasovno širino.
»Novi modeli uporabe, kot sta izboljšana mobilna širokopasovna povezljivost in povezljivost z nizko zakasnitvijo, zahtevajo 10-kratno povečanje pasovne širine,« je povedal Mike Fitton, strateški načrtovalec in specialist za poslovni razvoj pri Achronixu.»Poleg tega naj bi 5G postal zelo pomemben za V2X, zlasti za naslednjo generacijo 5G.5G Release 16 bo imel URLLC, ki je zelo pomemben za aplikacije V2X.Aplikacija vrste omrežja.
Na načrtovanje negotove prihodnosti 5G se pogosto gleda kot na niz superlativov z 10-krat večjo pasovno širino, 5-kratno zakasnitvijo in 5-10-krat več napravami.To je zapleteno zaradi dejstva, da črnilo v specifikacijah 5G ni zelo suho.Vedno so pozni dodatki, ki zahtevajo prilagodljivost in se spremenijo v programljivost.
»Če upoštevate dve veliki potrebi podatkovne povezave strojne opreme zaradi visoke pasovne širine in potrebe po prilagodljivosti, to pomeni, da boste verjetno potrebovali nekakšen namenski SoC ali ASIC, ki ima več možnosti programiranja med strojno in programsko opremo.… če pogledate vsako platformo 5G danes, vse temeljijo na FPGA, ker preprosto ne vidite prepustnosti.Na neki točki se bodo vsi glavni proizvajalci originalne opreme za brezžično opremo verjetno preselili na bolj ekonomično in optimizirano napajanje programske opreme ASIC, vendar bo za zmanjšanje stroškov in porabe energije potrebna prilagodljivost in zagnanost.Gre za ohranjanje prilagodljivosti tam, kjer jo potrebujete (v FPGA ali vgrajenih FPGA) in nato dodajanje funkcionalnosti, kjer je to mogoče, da dosežete najnižje stroške in porabo energije.«
Tate of Flex Logix se strinja.»Na tem območju deluje več kot 100 podjetij.Spekter je drugačen, protokol je drugačen in uporabljeni čipi so drugačni.Čip repetitorja bo bolj omejen v moči na stenah stavbe, kjer je morda kraj, kjer je eFPGA bolj dragocen.«
Sorodne zgodbe Kamnita pot do 5G Kako daleč bo šla ta nova brezžična tehnologija in katere izzive je še treba premagati?Brezžično testiranje se sooča z novimi izzivi Pojav 5G in drugih novih brezžičnih tehnologij še otežuje testiranje.Brezžično testiranje je ena od možnih rešitev.Tehnični pogovor: Kaj 5G, novi brezžični standard, pomeni za tehnološko industrijo in kakšni izzivi so pred nami.Tekma za testiranje opreme 5G se začenja Naslednja generacija brezžične tehnologije je še vedno v razvoju, vendar so prodajalci opreme pripravljeni preizkusiti 5G v pilotnih uvedbah.
Industrija je napredovala pri razumevanju, kako staranje vpliva na zanesljivost, vendar je zaradi več spremenljivk to težje popraviti.
Skupina raziskuje potencial 2D materialov, 1000-slojnega pomnilnika NAND in novih načinov zaposlovanja talentov.
Heterogena integracija in naraščajoča gostota v sprednjih vozliščih predstavljata nekaj zahtevnih in zastrašujočih izzivov za proizvodnjo in pakiranje IC.
Validacija procesorja je veliko težja kot ASIC primerljive velikosti, procesorji RISC-V pa dodajo še eno plast kompleksnosti.
127 startupov je zbralo 2,6 milijarde dolarjev, pri čemer so precejšnja sredstva zbrala povezljivost podatkovnih centrov, kvantno računalništvo in baterije.
Industrija je napredovala pri razumevanju, kako staranje vpliva na zanesljivost, vendar je zaradi več spremenljivk to težje popraviti.
Heterogene zasnove, toplotna neusklajenost v različnih primerih uporabe lahko vplivajo na vse, od pospešenega staranja do upogibanja in okvare sistema.
Novi pomnilniški standard prinaša pomembne prednosti, vendar je še vedno drag in težak za uporabo.To se lahko spremeni.
Čas objave: 16. marca 2023