La propera generació de tecnologia sense fil està plena de reptes, però això no ha alentit el ritme.
Aquesta tecnologia compta amb unes taxes de dades molt altes, una latència molt més baixa que 4G LTE i la capacitat de gestionar una densitat de dispositiu molt augmentada per lloc cel·lular.En definitiva, és la millor tecnologia per gestionar l'allau de dades que generen els sensors d'automoció, els dispositius IoT i, cada cop més, l'electrònica de nova generació.
El motor d'aquesta tecnologia és una nova interfície aèria que permetrà als operadors de xarxes mòbils aconseguir una major eficiència amb una assignació d'espectre similar.La nova jerarquia de xarxa farà que sigui més fàcil treballar amb xarxes 5G segmentades, ja que us permetrà assignar dinàmicament diversos tipus de trànsit en funció de les necessitats específiques de trànsit.
"Es tracta d'ample de banda i latència", va dir Michael Thompson, arquitecte de solucions de RF del grup de circuits integrats i PCB personalitzats de Cadence."A quina velocitat puc obtenir una gran quantitat de dades?Un altre avantatge és que es tracta d'un sistema dinàmic, de manera que m'estalvia la molèstia de lligar un canal sencer o diversos canals d'ample de banda.Això és similar al rendiment a demanda, depenent de l'aplicació.Això és el que.Per tant, és més flexible que l'estàndard de la generació anterior.A més, la seva capacitat és molt més gran”.
Això obre noves possibilitats d'aplicació a la vida quotidiana, als esdeveniments esportius, a la indústria i al transport."Si poso prou sensors a l'avió, puc controlar-lo i, amb una aplicació com l'aprenentatge automàtic, començarà a entendre quan cal reparar o substituir una peça, sistema o procés", va dir Thompson."Així que hi ha un avió que vola pel país i aterrarà a LaGuardia.Espera, algú vindrà i el substituirà.Això passa amb equips de moviment de terres molt grans i equips de mineria on el sistema es cuida per si mateix.Voleu evitar que aquests equips d'unitats multimilionàries s'estavellin perquè no es quedin allà esperant que s'enviïn peces. Rebreu dades de milers d'aquestes unitats al mateix temps. Es necessita una gran quantitat d'amplada de banda i baixa latència per obtenir informació ràpidament. Si necessiteu donar-vos la volta i enviar alguna cosa, també podeu enviar-la molt ràpidament.
Una tecnologia, múltiples implementacions El terme 5G s'utilitza de diverses maneres en aquests dies.En la seva forma més general, es tracta d'una evolució de la tecnologia sense fil cel·lular que permetrà gestionar nous serveis mitjançant una interfície aèria estàndard, va explicar Colin Alexander, director de màrqueting sense fil del negoci d'infraestructures d'Arm."S'assignaran diverses freqüències existents i noves per transportar trànsit des de menys d'1 GHz a llargues distàncies, cobertura suburbana i més àmplia i trànsit d'ones mil·límetres de 26 a 60 GHz per a nous casos d'ús d'alta capacitat i baixa latència".
La Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) i altres han desenvolupat una notació que representa casos d'ús en els tres punts d'un triangle: una cantonada per a una banda ampla mòbil millorada, l'altra per a una comunicació de baixa latència ultra fiable (URLLC).Tipus de màquina de comunicació.Cadascun d'ells requereix un tipus de xarxa completament diferent per a les seves necessitats.
"Això condueix a un altre requisit per a 5G, el requisit de definir una xarxa bàsica", va dir Alexander."La xarxa central escalarà eficaçment tots aquests diferents tipus de trànsit".
Va assenyalar que els operadors de xarxes mòbils estan treballant per oferir l'actualització i l'expansió més flexibles de les seves xarxes, utilitzant implementacions de programari virtualitzats i en contenidors que s'executen amb maquinari informàtic estàndard al núvol.
Pel que fa als tipus de trànsit URLLC, aquestes aplicacions ara es poden gestionar des del núvol.Però això requereix moure alguns controls i funcions d'usuari més a prop de la vora de la xarxa, a la interfície aèria.Per exemple, considereu robots intel·ligents a les fàbriques que requereixen xarxes de baixa latència per raons de seguretat i eficiència.Això requerirà blocs informàtics de punta, cadascun amb capacitats de càlcul, emmagatzematge, acceleració i aprenentatge automàtic, i que alguns, però no tots, els serveis d'aplicacions d'automoció i V2X tindran requisits similars, diu Alexander.
"En els casos en què es requereix una latència baixa, el processament es pot tornar a moure a la vora per calcular i comunicar solucions V2X.Si l'aplicació tracta més sobre la gestió de recursos, com ara l'aparcament o el seguiment del fabricant, la informàtica pot ser informàtica en núvol massiva".al dispositiu ", - va dir.
Disseny per a 5G Per als enginyers de disseny encarregats de dissenyar xips 5G, hi ha moltes peces mòbils al trencaclosques, cadascuna amb el seu propi conjunt de consideracions.Per exemple, a les estacions base, un dels principals problemes és el consum d'energia.
"La majoria de les estacions base estan dissenyades amb nodes de tecnologia avançada ASIC i FPGA", va dir Geoff Tate, CEO de Flex Logix.“Actualment, estan dissenyats amb SerDes, que consumeixen molta energia i ocupen molt espai.Si podeu incorporar programabilitat a l'ASIC, podeu reduir el consum d'energia i la petjada perquè no necessiteu que SerDes funcioni ràpidament fora del xip i teniu més amplada de banda entre la lògica programable i els ASIC que Intel ho fa posant els seus Xeons i Altera FPGA al mateix paquet Així obteniu 100 vegades més amplada de banda. Coses interessants sobre les estacions base Primer, desenvolupeu la tecnologia i després la podeu vendre i utilitzar a tot el món.Amb un telèfon mòbil, podeu crear diferents versions per a diferents països".
Els requisits són diferents per als dispositius desplegats a la xarxa principal i al núvol.Una de les consideracions clau és una arquitectura que facilita la gestió del programari i facilita el port de casos d'ús als dispositius.
"L'ecosistema d'estàndards per gestionar serveis de contenidors virtualitzats com OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) és molt important", va dir Arm's Alexander."Gestionar la interacció entre els elements de la xarxa i el trànsit entre dispositius mitjançant l'orquestració de serveis també serà clau.ONAP (Open Network Automation Platform) n'és un exemple.El consum d'energia i l'eficiència del dispositiu també són opcions clau de disseny".
A l'extrem de la xarxa, els requisits inclouen una baixa latència, un ample de banda alt a nivell d'usuari i un baix consum d'energia.
"Els acceleradors han de ser capaços de suportar fàcilment molts requisits computacionals diferents que no sempre són millor gestionats per una CPU de propòsit general", va dir Alexander.La capacitat d'escalar és molt important.El suport per a una arquitectura que es pugui escalar fàcilment entre ASIC, ASSP i FPGA també és important, ja que la informàtica de punta es distribuirà a través de xarxes de qualsevol mida i en qualsevol dispositiu.L'escalabilitat del programari també és important".
El 5G també podria provocar canvis a l'arquitectura del chipset, especialment on es troben les ràdios.Ron Lowman va dir que, mentre que els front-ends analògics de les solucions LTE es col·loquen a la ràdio, el processador o estan totalment integrats, quan els equips de disseny migren a noves tecnologies, aquests front-ends solen sortir primer del xip i després tornar-hi. .a mesura que la tecnologia avança Ell, director de màrqueting estratègic de Synopsys IoT.
"Amb l'arribada del 5G, s'espera que múltiples ràdios, tecnologies més avançades i nodes tecnològics més ràpids i avançats com ara 12 nm i superiors tinguin un paper important en els components integrats", va dir Lowman."Això requereix que els convertidors de dades que entren a la interfície analògica siguin capaços de gestionar gigasamples per segon.L'alta fiabilitat també és sempre important.Factors com l'espectre obert i l'ús de Wi-Fi fan que sigui molt més difícil del que era en el passat.Intentar fer front a tot això no és una tasca fàcil, i l'aprenentatge automàtic i la intel·ligència artificial poden ser molt adequats per fer part del treball dur.Això, al seu torn, afecta l'arquitectura, ja que carrega no només el processament, sinó també la memòria".
Thompson de Cadence està d'acord."A mesura que desenvolupem 5G o IoT per a estàndards 802.11 més alts i fins i tot algunes consideracions ADAS, estem intentant reduir el consum d'energia, ser més barats, ser més petits i augmentar el rendiment passant a nodes més petits.Compareu-ho amb la vostra combinació de preocupacions observades a la Federació Russa", va dir."A mesura que els nodes es fan més petits, els circuits integrats es fan més petits.Perquè un IC aprofiti al màxim la seva mida més petita, ha d'estar en un paquet més petit.Hi ha una empenta perquè les coses siguin més petites i compactes, però això no és bo".per al disseny de RF".“…en simulació, no em preocupa massa l'efecte del circuit en la distribució.Si tinc una peça de metall, pot semblar una mica una resistència, però sembla una resistència a totes les freqüències.Si es tracta d'un efecte de RF, llavors és una línia de transmissió, tindrà un aspecte diferent depenent de la freqüència que estic enviant. Aquests camps s'activaran en altres parts de la cadena. Ara ho he reunit tot més a prop l'un de l'altre i quan fa, el grau de connexió augmenta exponencialment. Quan arribo als nodes més petits, aquests efectes d'acoblament es tornen més pronunciats, la qual cosa també significa que la tensió de polarització és més petita. Així que el soroll és un gran efecte perquè no esbiaixo el dispositiu cap avall. tensió més baixa, el mateix nivell de soroll té més efecte. Molts d'aquests problemes estan presents a nivell de sistema en 5G. "
Nou enfocament en la fiabilitat La fiabilitat ha adquirit un nou significat en les comunicacions sense fils, ja que aquests xips s'utilitzen en aplicacions d'automoció, industrials i mèdiques.En general, això no està relacionat amb les comunicacions sense fil, on els errors de connexió, la degradació del rendiment o qualsevol altre problema que pugui interrompre el servei es considera generalment un inconvenient més que un problema de seguretat.
"Hem de trobar noves maneres de verificar que els xips de seguretat funcional funcionin de manera fiable", va dir Roland Jahnke, cap de mètodes de disseny de Fraunhofer EAS.“Com a indústria, encara no hi som.Estem intentant estructurar el procés de desenvolupament ara mateix.Hem de mirar com interactuen les peces i les eines, i tenim molta feina per garantir la coherència".
Jahnke va assenyalar que fins ara la majoria dels problemes s'han degut a un únic error de disseny."I si hi ha dos o tres errors?El verificador hauria d'informar al dissenyador què podria sortir malament i on es troben els errors, i després tornar-los a fer durant el procés de disseny".
Això s'ha convertit en un gran problema en molts mercats crítics per a la seguretat, i el gran problema amb la xarxa sense fil i l'automoció és el nombre cada cop més gran de variables d'ambdós costats."Alguns d'ells han d'estar dissenyats per estar sempre activats", diu Oliver King, CTO de Moortec."El modelatge amb antelació pot predir com s'utilitzaran les coses.És difícil de predir.Caldrà temps per veure com funcionen les coses".
Necessita xarxa de poble.No obstant això, prou empreses consideren que el 5G té prou beneficis per justificar l'esforç per construir la infraestructura necessària perquè tot funcioni.
Magdi Abadir, vicepresidenta de màrqueting d'Helic, va dir que la diferència més gran amb 5G seran les velocitats de dades que s'ofereixen."5G pot funcionar a velocitats de 10 a 20 gigabits per segon.La infraestructura ha de suportar el tipus de velocitat de transferència de dades i els xips han de processar aquestes dades entrants.Per als receptors i transmissors en bandes superiors a 100 GB, també s'ha de tenir en compte la freqüència.A la Federació Russa, estan acostumats a una freqüència de 70 GHz per a radars i similars".
Crear aquesta infraestructura és una tasca complexa que abasta diversos enllaços de la cadena de subministrament de l'electrònica.
"La màgia de la qual es parla perquè això passi és intentar fer més integració al costat de RF del SoC", va dir Abadir.Integració amb components ADC i DAC analògics amb freqüència de mostreig molt alta.Tot s'ha d'integrar en el mateix SoC.Hem vist la integració i hem parlat de qüestions d'integració, però això ho exagera tot perquè estableix un objectiu elevat i obliga els desenvolupadors a integrar-se encara més del que es pensava.És molt difícil aïllar-ho tot i no afectar els circuits veïns”.
Des d'aquest punt de vista, 2G és principalment transmissió de veu, mentre que 3G i 4G són més transmissió de dades i suport més eficient.Al contrari, el 5G representa la proliferació de diferents dispositius, diferents serveis i un augment d'amplada de banda.
"Els nous models d'ús com la banda ampla mòbil millorada i la connectivitat de baixa latència requereixen un augment de 10 vegades l'ample de banda", va dir Mike Fitton, planificador estratègic i especialista en desenvolupament empresarial d'Achronix."A més, s'espera que el 5G sigui molt important per a V2X, especialment per a la propera generació de 5G.5G Release 16 tindrà URLLC, que és molt important per a les aplicacions V2X.Aplicació tipus xarxa.
La planificació per al futur incert del 5G sovint es veu com una sèrie de superlatius amb 10 vegades més amplada de banda, 5x latència i 5-10 vegades més dispositius.Això es complica pel fet que la tinta de les especificacions 5G no està gaire seca.Sempre hi ha incorporacions tardanes que requereixen flexibilitat i es converteixen en programabilitat.
"Si teniu en compte les dues grans necessitats d'un enllaç de dades de maquinari a causa de l'ample de banda elevat i la necessitat de flexibilitat, això vol dir que probablement necessitareu algun tipus de SoC o ASIC dedicat que tingui més programabilitat entre maquinari i programari....si mireu totes les plataformes 5G actuals, totes es basen en FPGA perquè simplement no veieu el rendiment.En algun moment, és probable que tots els principals OEM sense fil passin a una potència ASIC de programari més econòmica i optimitzada, però requereixen flexibilitat i empenta per reduir els costos i el consum d'energia.Es tracta de mantenir la flexibilitat allà on la necessiteu (en FPGA o FPGA incrustades) i després afegir funcionalitats quan sigui possible per aconseguir el menor cost i consum d'energia ".
Tate of Flex Logix està d'acord.“En aquest àmbit operen més de 100 empreses.L'espectre és diferent, el protocol és diferent i els xips utilitzats són diferents.El xip del repetidor tindrà una potència més limitada a les parets d'un edifici, on hi pot haver un lloc on un eFPGA sigui més valuós".
Històries relacionades The Rocky Road to 5G Fins on arribarà aquesta nova tecnologia sense fils i quins reptes queden per superar?Les proves sense fil s'enfronten a nous reptes L'arribada del 5G i d'altres noves tecnologies sense fil fa que les proves siguin encara més difícils.Les proves sense fils són una solució possible.Tech Talk: què significa 5G, el nou estàndard sense fils, per a la indústria tecnològica i quins reptes hi ha per davant.Comença la cursa d'equips de prova 5G La propera generació de tecnologia sense fils encara està en desenvolupament, però els venedors d'equips estan preparats per provar 5G en desplegaments pilot.
La indústria ha avançat en la comprensió de com l'envelliment afecta la fiabilitat, però més variables fan que sigui més difícil de solucionar.
El grup està explorant el potencial dels materials 2D, la memòria NAND de 1000 capes i noves maneres de contractar talent.
La integració heterogènia i l'augment de la densitat als nodes frontals plantegen alguns reptes desafiants i desconcertants per a la fabricació i l'embalatge d'IC.
La validació del processador és molt més difícil que un ASIC de mida comparable, i els processadors RISC-V afegeixen una altra capa de complexitat.
127 startups van recaptar 2.600 milions de dòlars, amb un finançament important recaptat per la connectivitat del centre de dades, la informàtica quàntica i les bateries.
La indústria ha avançat en la comprensió de com l'envelliment afecta la fiabilitat, però més variables fan que sigui més difícil de solucionar.
Els dissenys heterogenis, el desajust tèrmic en diferents casos d'ús poden afectar tot, des de l'envelliment accelerat fins a la deformació i la fallada del sistema.
El nou estàndard de memòria afegeix avantatges importants, però encara és car i difícil d'utilitzar.Això pot canviar.
Hora de publicació: 16-mar-2023