Следващото поколение безжична технология е изпълнено с предизвикателства, но това не е забавило темпото.
Тази технология може да се похвали с много високи скорости на данни, много по-ниска латентност от 4G LTE и способността да се справя със значително увеличената плътност на устройствата на клетъчен сайт.Накратко, това е най-добрата технология за справяне с потока от данни, генерирани от автомобилни сензори, IoT устройства и все повече електроника от следващо поколение.
Движещата сила зад тази технология е нов въздушен интерфейс, който ще позволи на операторите на мобилни мрежи да постигнат по-голяма ефективност с подобно разпределение на спектъра.Новата мрежова йерархия ще улесни работата със сегментирани 5G мрежи, като ви позволява динамично да разпределяте множество типове трафик въз основа на специфични нужди от трафик.
„Става въпрос за честотна лента и латентност,” каза Майкъл Томпсън, архитект на радиочестотни решения в групата за персонализирани интегрални схеми и печатни платки на Cadence.„Колко бързо мога да получа голямо количество данни?Друго предимство е, че това е динамична система, така че ми спестява проблемите да свързвам цял канал или множество канали с честотна лента.Това е подобно на пропускателната способност при поискване, в зависимост от приложението.Ето какво.По този начин той е по-гъвкав от стандарта от предишното поколение.Освен това капацитетът му е много по-голям.“
Това разкрива нови възможности за приложение в ежедневието, на спортни събития, в индустрията и в транспорта.„Ако поставя достатъчно сензори в самолета, мога да го контролирам и с приложение като машинно обучение, той ще започне да разбира кога част, система или процес трябва да бъдат ремонтирани или заменени“, каза Томпсън.„Значи има самолет, който лети през страната и ще кацне в Ла Гуардия.Чакай, някой ще дойде и ще го смени.Това важи за много голямо земекопно оборудване и минно оборудване, където системата се грижи сама за себе си.Искате да предотвратите срива на тези устройства за многомилионни долари, така че да не стоят там и чакат части да бъдат изпратени. Ще получавате данни от хиляди от тези устройства едновременно. Това отнема много честотна лента и ниска латентност за бързо получаване на информация. Ако трябва да се обърнете и да изпратите нещо обратно, вие също можете да го изпратите много бързо.“
Една технология, множество реализации Терминът 5G се използва по различни начини в наши дни.В най-общата си форма това е еволюция на клетъчната безжична технология, която ще позволи новите услуги да бъдат управлявани през стандартен въздушен интерфейс, обясни Колин Александър, директор на безжичния маркетинг за инфраструктурния бизнес на Arm.„Няколко съществуващи и нови честоти ще бъдат разпределени за пренос на трафик от под 1 GHz на дълги разстояния, крайградски и по-широко покритие, и трафик на милиметрови вълни от 26 до 60 GHz за нови случаи на използване с голям капацитет и ниска латентност.“
Алиансът за мобилни мрежи от следващо поколение (NGMN) и други са разработили нотация, която изобразява случаите на употреба в трите точки на триъгълника – единият ъгъл за подобрена мобилна широколентова връзка, другият за свръхнадеждна комуникация с ниска латентност (URLLC).Тип комуникационна машина.Всеки от тях изисква напълно различен тип мрежа за своите нужди.
„Това води до друго изискване за 5G, изискването за дефиниране на основна мрежа“, каза Александър.„Основната мрежа ефективно ще мащабира всички тези различни видове трафик.“
Той отбеляза, че операторите на мобилни мрежи работят, за да осигурят най-гъвкавото надграждане и разширяване на своите мрежи, използвайки виртуализирани и контейнеризирани софтуерни реализации, работещи на стандартен изчислителен хардуер в облака.
По отношение на типовете URLLC трафик, тези приложения вече могат да се управляват от облака.Но това изисква преместване на някои контроли и потребителски функции по-близо до границата на мрежата, до въздушния интерфейс.Например, помислете за интелигентни роботи във фабрики, които изискват мрежи с ниска латентност от съображения за сигурност и ефективност.Това ще изисква периферни изчислителни блокове, всеки с възможности за изчисление, съхранение, ускоряване и машинно обучение, и че някои, но не всички V2X и услуги за автомобилни приложения ще имат подобни изисквания, казва Александър.
„В случаите, когато се изисква ниско забавяне, обработката може отново да бъде преместена на ръба, за да изчисли и комуникира V2X решения.Ако приложението е повече за управление на ресурсите, като например паркиране или проследяване на производителя, изчисленията могат да бъдат групови облачни изчисления.на устройството “, – каза той.
Проектиране за 5G За дизайнерските инженери, натоварени с проектирането на 5G чипове, има много движещи се парчета в пъзела, всяко със собствен набор от съображения.Например при базовите станции един от основните проблеми е консумацията на енергия.
„Повечето от базовите станции са проектирани с усъвършенствани ASIC и FPGA технологични възли“, каза Джеф Тейт, главен изпълнителен директор на Flex Logix.„В момента те са проектирани с помощта на SerDes, които консумират много енергия и заемат много място.Ако можете да вградите програмируемост в ASIC, можете да намалите консумацията на енергия и отпечатъка, защото нямате нужда от SerDes, за да работите бързо извън чипа и имате повече честотна лента между програмируемата логика и ASIC, Intel прави това, като поставя своите Xeons и Altera FPGA в същия пакет Така получавате 100 пъти по-голяма честотна лента Интересни неща за базовите станции Първо, вие разработвате технологията и след това можете да я продавате и използвате по целия свят.С мобилен телефон можете да създавате различни версии за различни държави.“
Изискванията са различни за устройствата, разположени в основната мрежа и в облака.Едно от ключовите съображения е архитектура, която улеснява управлението на софтуера и лесното пренасяне на случаи на употреба към устройства.
„Екосистемата от стандарти за работа с виртуализирани контейнерни услуги като OPNFV (Отворена платформа за виртуализация на мрежови функции) е много важна“, каза Александър от Arm.„Управлението на взаимодействието между мрежовите елементи и трафика между устройствата чрез оркестрация на услугата също ще бъде ключово.ONAP (Open Network Automation Platform) е пример.Консумацията на енергия и ефективността на устройството също са ключови дизайнерски решения.“
На ръба на мрежата изискванията включват ниска латентност, висока честотна лента на потребителско ниво и ниска консумация на енергия.
„Ускорителите трябва да могат лесно да поддържат много различни изчислителни изисквания, които не винаги се обработват най-добре от CPU с общо предназначение“, каза Александър.Способността за мащабиране е много важна.Поддръжката за архитектура, която може лесно да се мащабира между ASIC, ASSP и FPGA, също е важна, тъй като периферните изчисления ще бъдат разпределени в мрежи от всякакъв размер и на всяко устройство.Мащабируемостта на софтуера също е важна.“
5G също може да причини промени в архитектурата на чипсета, особено там, където са разположени радиостанциите.Рон Лоуман каза, че докато аналоговите предни части на LTE решенията са поставени на радиото, процесора или са напълно интегрирани, когато дизайнерските екипи мигрират към нови технологии, тези предни части обикновено първо излизат от чипа и след това обратно в него .с напредването на технологиите Той, Мениджър стратегически маркетинг на Synopsys IoT.
„С навлизането на 5G се очаква, че множество радиостанции, по-напреднали технологии и по-бързи, по-напреднали технологични възли като 12nm и по-високи ще играят значителна роля в интегрираните компоненти“, каза Лоуман.„Това изисква преобразувателите на данни, които влизат в аналоговия интерфейс, да могат да обработват гигасемпли в секунда.Високата надеждност също винаги е важна.Фактори като отворен спектър и използване на Wi-Fi го правят много по-трудно, отколкото беше в миналото.Опитът да се справите с всичко това не е лесна задача и машинното обучение и изкуственият интелект могат да бъдат много подходящи да свършат част от тежката работа.Това от своя страна се отразява на архитектурата, тъй като натоварва не само обработката, но и паметта.”
Томпсън от Cadence е съгласен.„Докато разработваме 5G или IoT за по-високи стандарти 802.11 и дори някои съображения за ADAS, ние се опитваме да намалим консумацията на енергия, да бъдем по-евтини, да бъдем по-малки и да увеличим производителността чрез преминаване към по-малки възли.Сравнете това с вашата комбинация от опасения, наблюдавани в Руската федерация“, каза той.„Когато възлите стават по-малки, интегралните схеми стават по-малки.За да може една ИС да се възползва напълно от по-малкия си размер, тя трябва да бъде в по-малък пакет.Има натиск нещата да бъдат по-малки и по-компактни, но това не е добре.“за RF дизайн”.„...в симулацията не се тревожа много за ефекта на веригата върху разпределението.Ако имам парче метал, то може малко да прилича на резистор, но изглежда като резистор при всички честоти.Ако това е RF ефект, тогава това е предавателна линия, тя ще изглежда различно в зависимост от честотата, която изпращам по нея. Тези полета ще се задействат в други части на веригата. Сега събрах всичко по-близо едно до друго и когато прави, степента на свързване се увеличава експоненциално. Когато стигна до по-малките възли, тези ефекти на свързване стават по-изразени, което също означава, че напрежението на отклонение е по-малко. Така че шумът е голям ефект, защото не намалявам отклонението на устройството. по-ниско напрежение, същото ниво на шум има по-голям ефект. Много от тези проблеми присъстват на системно ниво в 5G.“
Нов фокус върху надеждността Надеждността придоби ново значение в безжичните комуникации, тъй като тези чипове се използват в автомобилни, индустриални и медицински приложения.Това обикновено не е свързано с безжичните комуникации, където прекъсванията на връзката, влошаването на производителността или всеки друг проблем, който може да наруши услугата, обикновено се разглежда като неудобство, а не като проблем със сигурността.
„Трябва да намерим нови начини да проверим дали чиповете за функционална безопасност ще работят надеждно“, каза Роланд Янке, ръководител на методите на проектиране във Fraunhofer EAS.„Като индустрия все още не сме стигнали.В момента се опитваме да структурираме процеса на разработка.Трябва да разгледаме как си взаимодействат частите и инструментите и имаме много работа, за да осигурим последователност.“
Янке отбеляза, че досега повечето от проблемите се дължат на една грешка в дизайна.„Ами ако има две или три грешки?Верификаторът трябва да каже на дизайнера какво може да се обърка и къде са грешките и след това да ги върне обратно по време на процеса на проектиране.
Това се превърна в голям проблем на много критични за безопасността пазари, а големият проблем с безжичните и автомобилните е непрекъснато нарастващият брой променливи и от двете страни.„Някои от тях трябва да бъдат проектирани така, че винаги да са включени“, казва Оливър Кинг, технически директор на Moortec.„Моделирането преди време може да предвиди как ще бъдат използвани нещата.Трудно е да се предвиди.Ще отнеме време, за да видим как работят нещата.”
Необходима е селска мрежа.Въпреки това достатъчно компании смятат, че 5G има достатъчно предимства, за да оправдае усилията за изграждане на необходимата инфраструктура, за да може всичко да работи.
Магди Абадир, вицепрезидент по маркетинга в Helic, каза, че най-голямата разлика с 5G ще бъде предлаганата скорост на данни.„5G може да работи със скорости от 10 до 20 гигабита в секунда.Инфраструктурата трябва да поддържа типа скорост на трансфер на данни, а чиповете трябва да обработват тези входящи данни.За приемници и предаватели в обхвати над 100 GB честотата също трябва да се вземе предвид.В Руската федерация те са свикнали с честота от 70 GHz за радари и други подобни.
Създаването на тази инфраструктура е сложна задача, която обхваща няколко звена във веригата за доставки на електроника.
„Магията, за която се говори, за да се случи това, се опитва да направи повече интеграция от RF страна на SoC“, каза Абадир.Интеграция с аналогови ADC и DAC компоненти с много висока честота на дискретизация.Всичко трябва да бъде интегрирано в един и същ SoC.Виждали сме интеграция и сме обсъждали проблеми с интеграцията, но това преувеличава всичко, защото поставя висока цел и принуждава разработчиците да интегрират дори повече, отколкото се смяташе досега.Много е трудно да се изолира всичко и да не се засягат съседните вериги.“
От тази гледна точка 2G е предимно гласово предаване, докато 3G и 4G са повече предаване на данни и по-ефективна поддръжка.Напротив, 5G представлява разпространението на различни устройства, различни услуги и увеличена честотна лента.
„Новите модели на използване като подобрена мобилна широколентова връзка и свързаност с ниска латентност изискват 10 пъти увеличение на честотната лента,“ каза Майк Фитън, специалист по стратегическо планиране и бизнес развитие в Achronix.„Освен това се очаква 5G да стане много важно за V2X, особено за следващото поколение 5G.5G Release 16 ще има URLLC, което е много важно за V2X приложения.Приложение тип мрежа.
Планирането за несигурното бъдеще на 5G често се разглежда като поредица от суперлативи с 10x повече честотна лента, 5x латентност и 5-10x повече устройства.Това се усложнява от факта, че мастилото в 5G спецификациите не е много сухо.Винаги има късни добавки, които изискват гъвкавост и се превръщат в програмируемост.
„Ако вземете предвид двете големи нужди от хардуерна връзка за данни поради високата честотна лента и необходимостта от гъвкавост, това означава, че вероятно ще имате нужда от някакъв вид специализирана SoC или ASIC, която има повече програмируемост между хардуер и софтуер.… ако погледнете всяка 5G платформа днес, всички те са базирани на FPGA, защото просто не виждате пропускателната способност.В един момент всички големи безжични OEM производители вероятно ще преминат към по-икономична и оптимизирана софтуерна ASIC мощност, но изисква гъвкавост и стремеж за намаляване на разходите и консумацията на енергия.Става дума за запазване на гъвкавостта там, където имате нужда (в FPGA или вградени FPGA) и след това добавяне на функционалност, където е възможно, за постигане на най-ниската цена и консумация на енергия.“
Tate of Flex Logix се съгласява.„Повече от 100 компании работят в тази област.Спектърът е различен, протоколът е различен и използваните чипове са различни.Чипът на ретранслатора ще бъде по-ограничен по мощност върху стените на сграда, където може да има място, където eFPGA е по-ценен.
Свързани истории Скалистият път към 5G Докъде ще стигне тази нова безжична технология и какви предизвикателства остават за преодоляване?Безжичното тестване е изправено пред нови предизвикателства Появата на 5G и други нови безжични технологии прави тестването още по-трудно.Безжичното тестване е едно възможно решение.Tech Talk: Какво означава 5G, новият безжичен стандарт, за технологичната индустрия и какви предизвикателства предстоят.Започва състезанието за тестване на 5G оборудване Следващото поколение безжична технология все още е в процес на разработка, но доставчиците на оборудване са готови да тестват 5G в пилотни внедрявания.
Индустрията постигна напредък в разбирането как стареенето влияе върху надеждността, но повече променливи го правят по-трудно да се коригира.
Групата проучва потенциала на 2D материалите, 1000-слойната NAND памет и нови начини за наемане на таланти.
Хетерогенната интеграция и нарастващата плътност в предните възли поставят някои предизвикателни и плашещи предизвикателства за производството и опаковането на IC.
Валидирането на процесора е много по-трудно от ASIC със сравним размер, а процесорите RISC-V добавят още едно ниво на сложност.
127 стартиращи фирми събраха 2,6 милиарда долара със значително финансиране, набрано от свързаност на центрове за данни, квантово изчисление и батерии.
Индустрията постигна напредък в разбирането как стареенето влияе върху надеждността, но повече променливи го правят по-трудно да се коригира.
Хетерогенните дизайни, термичното несъответствие в различни случаи на употреба могат да засегнат всичко - от ускорено стареене до изкривяване и повреда на системата.
Новият стандарт за памет добавя значителни предимства, но все още е скъп и труден за използване.Това може да се промени.
Време на публикуване: 16 март 2023 г