Następna generacja technologii bezprzewodowej jest pełna wyzwań, ale to nie zwalnia tempa.
Ta technologia oferuje bardzo wysokie szybkości przesyłania danych, znacznie mniejsze opóźnienia niż 4G LTE oraz możliwość obsługi znacznie zwiększonej gęstości urządzeń na komórkę.Krótko mówiąc, jest to najlepsza technologia do obsługi zalewu danych generowanych przez czujniki samochodowe, urządzenia IoT i coraz częściej elektronikę nowej generacji.
Siłą napędową tej technologii jest nowy interfejs radiowy, który umożliwi operatorom sieci komórkowych osiągnięcie większej wydajności przy podobnej alokacji widma.Nowa hierarchia sieci ułatwi pracę z segmentowanymi sieciami 5G, umożliwiając dynamiczną alokację wielu rodzajów ruchu w oparciu o określone potrzeby ruchu.
„Chodzi o przepustowość i opóźnienia” — powiedział Michael Thompson, architekt rozwiązań RF w Cadence's Custom ICs and PCBs Group.„Jak szybko mogę uzyskać dużą ilość danych?Kolejną korzyścią jest to, że jest to system dynamiczny, więc oszczędza mi kłopotów związanych z wiązaniem całego kanału lub wielu kanałów pasma.Jest to podobne do przepustowości na żądanie, w zależności od aplikacji.Co to jest.Dzięki temu jest bardziej elastyczny niż standard poprzedniej generacji.Ponadto jego pojemność jest znacznie większa.”
Otwiera to nowe możliwości zastosowania w życiu codziennym, na imprezach sportowych, w przemyśle i transporcie.„Jeśli umieścimy wystarczającą liczbę czujników w samolocie, mogę nim sterować, a dzięki aplikacji takiej jak uczenie maszynowe zacznie rozumieć, kiedy część, system lub proces wymaga naprawy lub wymiany” — powiedział Thompson.„Więc przez kraj przelatuje samolot, który wyląduje na LaGuardii.Poczekaj, ktoś przyjdzie i go wymieni.Dotyczy to bardzo dużego sprzętu do robót ziemnych i sprzętu górniczego, w przypadku którego system dba o siebie.Chcesz zapobiec awariom sprzętu wartego wiele milionów dolarów, aby nie czekał na wysłanie części. Będziesz otrzymywać dane z tysięcy tych urządzeń w tym samym czasie. Wymaga to dużej przepustowości i małe opóźnienie, aby szybko uzyskać informacje. Jeśli musisz się odwrócić i odesłać coś, możesz to również wysłać bardzo szybko”.
Jedna technologia, wiele wdrożeń Termin 5G jest obecnie używany na wiele sposobów.W najbardziej ogólnej formie jest to ewolucja komórkowej technologii bezprzewodowej, która umożliwi zarządzanie nowymi usługami za pośrednictwem standardowego interfejsu radiowego, wyjaśnił Colin Alexander, dyrektor ds. marketingu bezprzewodowego w dziale infrastruktury ARM.„Kilka istniejących i nowych częstotliwości zostanie przydzielonych do przenoszenia ruchu z częstotliwości poniżej 1 GHz na duże odległości, zasięgu podmiejskiego i szerszego oraz ruchu na falach milimetrowych od 26 do 60 GHz dla nowych zastosowań o dużej przepustowości i małych opóźnieniach”.
Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) i inni opracowali notację, która przedstawia przypadki użycia w trzech punktach trójkąta — jeden róg dla ulepszonej mobilnej łączności szerokopasmowej, drugi dla ultra-niezawodnej komunikacji o niskim opóźnieniu (URLLC).Typ maszyny komunikacyjnej.Każdy z nich wymaga zupełnie innego rodzaju sieci do swoich potrzeb.
„Prowadzi to do kolejnego wymogu dla 5G, wymogu zdefiniowania sieci rdzeniowej” – powiedział Alexander.„Sieć bazowa skutecznie skaluje wszystkie te różne rodzaje ruchu”.
Zauważył, że operatorzy sieci komórkowych pracują nad zapewnieniem jak najbardziej elastycznej aktualizacji i rozbudowy swoich sieci, wykorzystując zwirtualizowane i skonteneryzowane implementacje oprogramowania działające na standardowym sprzęcie komputerowym w chmurze.
Jeśli chodzi o typy ruchu URLLC, aplikacjami tymi można teraz zarządzać z chmury.Wymaga to jednak przeniesienia niektórych elementów sterujących i funkcji użytkownika bliżej krawędzi sieci, do interfejsu radiowego.Rozważmy na przykład inteligentne roboty w fabrykach, które ze względów bezpieczeństwa i wydajności wymagają sieci o niskim opóźnieniu.Będzie to wymagało bloków przetwarzania brzegowego, z których każdy będzie miał funkcje obliczeniowe, pamięci masowej, akceleracji i uczenia maszynowego, a niektóre, ale nie wszystkie usługi V2X i aplikacje motoryzacyjne będą miały podobne wymagania, mówi Alexander.
„W przypadkach, gdy wymagane są małe opóźnienia, przetwarzanie można ponownie przenieść na brzeg, aby przetwarzać i komunikować rozwiązania V2X.Jeśli aplikacja dotyczy bardziej zarządzania zasobami, takimi jak parkowanie lub śledzenie producentów, przetwarzanie może być przetwarzaniem masowym w chmurze”.na urządzeniu ”, – powiedział.
Projektowanie dla 5G Dla inżynierów-projektantów, których zadaniem jest projektowanie chipów 5G, istnieje wiele ruchomych elementów układanki, z których każdy ma swój własny zestaw czynników.Na przykład w stacjach bazowych jednym z głównych problemów jest zużycie energii.
„Większość stacji bazowych jest zaprojektowana z wykorzystaniem zaawansowanych węzłów technologicznych ASIC i FPGA” — powiedział Geoff Tate, dyrektor generalny firmy Flex Logix.„Obecnie projektuje się je z użyciem SerDesów, które zużywają dużo energii i zajmują dużo miejsca.Jeśli możesz wbudować programowalność w ASIC, możesz zmniejszyć zużycie energii i zajmowaną powierzchnię, ponieważ nie potrzebujesz SerDes do szybkiego działania poza chipem i masz większą przepustowość między programowalną logiką a ASIC. Intel robi to, umieszczając swoje Xeony i Altera FPGA w ten sam pakiet A więc masz 100 razy większą przepustowość. Ciekawostki o stacjach bazowych Najpierw rozwijasz technologię, a potem możesz ją sprzedawać i używać na całym świecie.Za pomocą telefonu komórkowego możesz tworzyć różne wersje dla różnych krajów”.
Wymagania są inne dla urządzeń wdrożonych w sieci rdzeniowej iw chmurze.Jedną z kluczowych kwestii jest architektura, która ułatwia zarządzanie oprogramowaniem i łatwe przenoszenie przypadków użycia na urządzenia.
„Ekosystem standardów obsługi zwirtualizowanych usług kontenerowych, takich jak OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization), jest bardzo ważny” — powiedział Alexander Arm.„Kluczowe będzie również zarządzanie interakcją między elementami sieci i ruchem między urządzeniami poprzez orkiestrację usług.Przykładem jest ONAP (otwarta platforma automatyzacji sieci).Zużycie energii i wydajność urządzenia to również kluczowe wybory projektowe”.
Wymagania na brzegu sieci obejmują niskie opóźnienia, wysoką przepustowość na poziomie użytkownika i niskie zużycie energii.
„Akceleratory muszą być w stanie łatwo obsługiwać wiele różnych wymagań obliczeniowych, które nie zawsze są najlepiej obsługiwane przez procesor ogólnego przeznaczenia” — powiedział Alexander.Możliwość skalowania jest bardzo ważna.Ważna jest również obsługa architektury, którą można łatwo skalować między układami ASIC, ASSP i FPGA, ponieważ przetwarzanie brzegowe będzie rozproszone w sieciach dowolnej wielkości i na dowolnym urządzeniu.Ważna jest również skalowalność oprogramowania”.
5G może również spowodować zmiany w architekturze chipsetu, zwłaszcza w miejscach, w których znajdują się radia.Ron Lowman powiedział, że podczas gdy analogowe interfejsy rozwiązań LTE są umieszczane w radiu, procesorze lub w pełni zintegrowane, gdy zespoły projektowe migrują do nowych technologii, te interfejsy zazwyczaj najpierw wychodzą z chipa, a następnie z powrotem na niego. .wraz z rozwojem technologii On, Synopsys IoT Strategic Marketing Manager.
„Oczekuje się, że wraz z nadejściem 5G wiele radiotelefonów, bardziej zaawansowane technologie i szybsze, bardziej zaawansowane węzły technologiczne, takie jak 12 nm i nowsze, odegrają znaczącą rolę w zintegrowanych komponentach” — powiedział Lowman.„Wymaga to, aby konwertery danych, które wchodzą w interfejs analogowy, były w stanie obsłużyć gigasampli na sekundę.Zawsze ważna jest również wysoka niezawodność.Czynniki takie jak otwarte widmo i korzystanie z Wi-Fi sprawiają, że jest to o wiele trudniejsze niż w przeszłości.Próba poradzenia sobie z tym wszystkim nie jest łatwym zadaniem, a uczenie maszynowe i sztuczna inteligencja mogą być dobrze przystosowane do wykonania części ciężkiej pracy.To z kolei wpływa na architekturę, ponieważ obciąża nie tylko przetwarzanie, ale także pamięć”.
Thompson z Cadence zgadza się.„Opracowując 5G lub IoT dla wyższych standardów 802.11, a nawet niektóre względy ADAS, staramy się zmniejszyć zużycie energii, być tańszym, mniejszymi i zwiększyć wydajność, przechodząc na mniejsze węzły.Porównaj to z mieszanką obaw obserwowanych w Federacji Rosyjskiej” – powiedział.„Gdy węzły stają się mniejsze, układy scalone stają się coraz mniejsze.Aby układ scalony mógł w pełni wykorzystać swój mniejszy rozmiar, musi znajdować się w mniejszej obudowie.Istnieje nacisk, aby rzeczy były mniejsze i bardziej kompaktowe, ale to nie jest dobra rzecz”.do projektowania RF”.„…w symulacji nie przejmuję się zbytnio wpływem obwodu na dystrybucję.Jeśli mam kawałek metalu, może to wyglądać trochę jak rezystor, ale wygląda jak rezystor na wszystkich częstotliwościach.Jeśli to efekt RF, to jest to linia transmisyjna, będzie wyglądać inaczej w zależności od tego, jaką częstotliwością ją wysyłam. Pola te zostaną wyzwolone w innych częściach łańcucha. Teraz zebrałem wszystko bliżej siebie i kiedy robi, stopień połączenia wzrasta wykładniczo. Kiedy docieram do mniejszych węzłów, te efekty sprzężenia stają się bardziej wyraźne, co oznacza również, że napięcie polaryzacji jest mniejsze. Więc hałas jest dużym efektem, ponieważ nie obniżam napięcia urządzenia. niższe napięcie, ten sam poziom hałasu ma większy wpływ. Wiele z tych problemów występuje na poziomie systemu w 5G.”
Nowy nacisk na niezawodność Niezawodność nabrała nowego znaczenia w komunikacji bezprzewodowej, ponieważ chipy te są wykorzystywane w zastosowaniach motoryzacyjnych, przemysłowych i medycznych.Zasadniczo nie jest to związane z komunikacją bezprzewodową, gdzie awarie połączenia, spadek wydajności lub inne problemy, które mogą zakłócić działanie usługi, są ogólnie postrzegane jako niedogodność, a nie problem z bezpieczeństwem.
„Musimy znaleźć nowe sposoby sprawdzenia, czy chipy bezpieczeństwa funkcjonalnego będą działać niezawodnie” — powiedział Roland Jahnke, kierownik ds. metod projektowania w firmie Fraunhofer EAS.„Jako branża jeszcze tam nie jesteśmy.Próbujemy teraz ustrukturyzować proces rozwoju.Musimy przyjrzeć się interakcji części i narzędzi, a mamy dużo pracy, aby zapewnić spójność”.
Jahnke zauważył, że jak dotąd większość problemów wynikała z pojedynczego błędu projektowego.„A co, jeśli są dwa lub trzy błędy?Weryfikator powinien powiedzieć projektantowi, co może pójść nie tak i gdzie są błędy, a następnie wycofać je podczas procesu projektowania”.
Stało się to poważnym problemem na wielu rynkach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, a dużym problemem związanym z łącznością bezprzewodową i motoryzacją jest stale rosnąca liczba zmiennych po obu stronach.„Niektóre z nich muszą być zaprojektowane tak, aby zawsze były włączone” — mówi Oliver King, CTO firmy Moortec.„Modelowanie z wyprzedzeniem może przewidzieć, w jaki sposób rzeczy będą używane.Trudno to przewidzieć.Zajmie trochę czasu, zanim zobaczymy, jak to wszystko działa”.
Wymagana sieć wiejska.Jednak wystarczająco dużo firm uważa, że 5G ma wystarczające korzyści, aby uzasadnić wysiłek włożony w zbudowanie infrastruktury potrzebnej do tego, aby wszystko działało.
Magdi Abadir, wiceprezes ds. marketingu w Helic, powiedział, że największą różnicą w stosunku do 5G będzie oferowana prędkość transmisji danych.„5G może działać z prędkością od 10 do 20 gigabitów na sekundę.Infrastruktura musi obsługiwać typ szybkości przesyłania danych, a chipy muszą przetwarzać te przychodzące dane.W przypadku odbiorników i nadajników w pasmach powyżej 100 GB należy również wziąć pod uwagę częstotliwość.W Federacji Rosyjskiej są one przyzwyczajone do częstotliwości 70 GHz dla radarów i tym podobnych”.
Tworzenie tej infrastruktury to złożone zadanie, które obejmuje kilka ogniw w łańcuchu dostaw elektroniki.
„Magia, o której się mówi, aby to się stało, polega na próbie większej integracji po stronie RF SoC” – powiedział Abadir.Integracja z analogowymi komponentami ADC i DAC z bardzo wysoką częstotliwością próbkowania.Wszystko musi być zintegrowane w tym samym SoC.Widzieliśmy integrację i dyskutowaliśmy o jej problemach, ale to wszystko przesadza, ponieważ wyznacza wysoki cel i zmusza programistów do integracji jeszcze bardziej, niż wcześniej sądzono.Bardzo trudno jest odizolować wszystko i nie wpływać na sąsiednie obwody”.
Z tego punktu widzenia 2G to przede wszystkim transmisja głosu, podczas gdy 3G i 4G to większa transmisja danych i wydajniejsza obsługa.Wręcz przeciwnie, 5G oznacza rozprzestrzenianie się różnych urządzeń, różnych usług i zwiększoną przepustowość.
„Nowe modele użytkowania, takie jak udoskonalona mobilna łączność szerokopasmowa i łączność o niskich opóźnieniach, wymagają 10-krotnego zwiększenia przepustowości” — powiedział Mike Fitton, specjalista ds. planowania strategicznego i rozwoju biznesowego w firmie Achronix.„Ponadto oczekuje się, że 5G stanie się bardzo ważne dla V2X, zwłaszcza dla następnej generacji 5G.5G Release 16 będzie miało URLLC, co jest bardzo ważne dla aplikacji V2X.Aplikacja typu sieciowego.
Planowanie niepewnej przyszłości 5G jest często postrzegane jako seria superlatyw z 10-krotnie większą przepustowością, 5-krotnie większym opóźnieniem i 5-10-krotnie większą liczbą urządzeń.Sytuację komplikuje fakt, że atrament w specyfikacji 5G nie jest bardzo suchy.Zawsze są późne dodatki, które wymagają elastyczności i zamieniają się w programowalność.
„Jeśli weźmiesz pod uwagę dwie duże potrzeby sprzętowego łącza danych, wynikające z dużej przepustowości i potrzeby elastyczności, oznacza to, że prawdopodobnie będziesz potrzebować dedykowanego układu SoC lub ASIC, który zapewnia większą programowalność między sprzętem a oprogramowaniem.…jeśli spojrzysz na każdą dzisiejszą platformę 5G, wszystkie są oparte na układach FPGA, ponieważ po prostu nie widzisz przepustowości.W pewnym momencie wszyscy główni producenci sprzętu bezprzewodowego prawdopodobnie przejdą na bardziej ekonomiczne i zoptymalizowane oprogramowanie ASIC, ale wymaga to elastyczności i dążenia do obniżenia kosztów i zużycia energii.Chodzi o zachowanie elastyczności tam, gdzie jej potrzebujesz (w układach FPGA lub wbudowanych układach FPGA), a następnie dodawanie funkcjonalności tam, gdzie to możliwe, w celu osiągnięcia najniższych kosztów i zużycia energii”.
Tate of Flex Logix zgadza się.„W tym obszarze działa ponad 100 firm.Widmo jest inne, protokół jest inny, a zastosowane chipy są różne.Chip wzmacniacza będzie miał bardziej ograniczoną moc na ścianach budynku, gdzie może być miejsce, w którym eFPGA jest bardziej wartościowy.
Powiązane historie Wyboista droga do 5G Jak daleko zajdzie ta nowa technologia bezprzewodowa i jakie wyzwania pozostają do pokonania?Testowanie sieci bezprzewodowych stawia czoła nowym wyzwaniom Pojawienie się sieci 5G i innych nowych technologii bezprzewodowych jeszcze bardziej utrudnia testowanie.Testowanie bezprzewodowe jest jednym z możliwych rozwiązań.Tech Talk: Co 5G, nowy standard bezprzewodowy, oznacza dla branży technologicznej i jakie wyzwania stoją przed nią.Rozpoczyna się wyścig sprzętu do testowania 5G Nowa generacja technologii bezprzewodowej jest wciąż w fazie rozwoju, ale dostawcy sprzętu są gotowi przetestować 5G we wdrożeniach pilotażowych.
Branża poczyniła postępy w zrozumieniu, w jaki sposób starzenie się wpływa na niezawodność, ale coraz więcej zmiennych utrudnia naprawę.
Grupa bada potencjał materiałów 2D, 1000-warstwową pamięć NAND i nowe sposoby zatrudniania talentów.
Heterogeniczna integracja i rosnąca gęstość w węzłach front-end stanowią trudne i zniechęcające wyzwania dla produkcji i pakowania układów scalonych.
Walidacja procesora jest znacznie trudniejsza niż ASIC o porównywalnej wielkości, a procesory RISC-V dodają kolejną warstwę złożoności.
127 startupów zebrało 2,6 miliarda dolarów, przy czym znaczne fundusze zostały zebrane przez łączność centrów danych, obliczenia kwantowe i baterie.
Branża poczyniła postępy w zrozumieniu, w jaki sposób starzenie się wpływa na niezawodność, ale coraz więcej zmiennych utrudnia naprawę.
Heterogeniczne projekty, niedopasowanie termiczne w różnych przypadkach użycia mogą wpływać na wszystko, od przyspieszonego starzenia po wypaczanie i awarie systemu.
Nowy standard pamięci zapewnia znaczne korzyści, ale nadal jest drogi i trudny w użyciu.To może się zmienić.
Czas postu: 16 marca 2023 r