Thế hệ tiếp theo của công nghệ không dây đầy rẫy những thách thức, nhưng điều đó không làm chậm tốc độ.
Công nghệ này tự hào có tốc độ dữ liệu rất cao, độ trễ thấp hơn nhiều so với 4G LTE và khả năng xử lý mật độ thiết bị tăng lên đáng kể trên mỗi trang web di động.Nói tóm lại, đây là công nghệ tốt nhất để xử lý cơn lũ dữ liệu được tạo ra bởi các cảm biến ô tô, thiết bị IoT và ngày càng nhiều thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo.
Động lực đằng sau công nghệ này là một giao diện vô tuyến mới sẽ cho phép các nhà khai thác mạng di động đạt được hiệu quả cao hơn với sự phân bổ phổ tần tương tự.Hệ thống phân cấp mạng mới sẽ giúp làm việc với các mạng 5G được phân đoạn dễ dàng hơn bằng cách cho phép bạn phân bổ động nhiều loại lưu lượng dựa trên nhu cầu lưu lượng cụ thể.
“Đó là vấn đề về băng thông và độ trễ,” Michael Thompson, Kiến trúc sư giải pháp RF tại Nhóm IC và PCB tùy chỉnh của Cadence cho biết.“Tôi có thể nhận được một lượng lớn dữ liệu nhanh như thế nào?Một lợi ích khác là đây là một hệ thống động, vì vậy nó giúp tôi tránh được rắc rối khi buộc toàn bộ kênh hoặc nhiều kênh băng thông.Điều này tương tự với thông lượng theo yêu cầu, tùy thuộc vào ứng dụng.Đây là cái gì.Do đó, nó linh hoạt hơn so với tiêu chuẩn thế hệ trước.Ngoài ra, công suất của nó còn cao hơn nhiều ”.
Điều này mở ra những khả năng ứng dụng mới trong cuộc sống hàng ngày, tại các sự kiện thể thao, trong công nghiệp và vận tải.Thompson cho biết: “Nếu tôi đặt đủ cảm biến trên máy bay, tôi có thể điều khiển nó và với một ứng dụng như học máy, nó sẽ bắt đầu hiểu khi nào một bộ phận, hệ thống hoặc quy trình cần được sửa chữa hoặc thay thế.“Vậy là có một chiếc máy bay bay qua đất nước và nó sẽ hạ cánh ở LaGuardia.Đợi đấy sẽ có người đến thay.Điều này áp dụng cho thiết bị đào đất rất lớn và thiết bị khai thác mà hệ thống tự quản lý.Bạn muốn ngăn các thiết bị đơn vị trị giá hàng triệu đô la này gặp sự cố để chúng không ngồi đó chờ các bộ phận được gửi đến. Bạn sẽ nhận được dữ liệu từ hàng nghìn đơn vị này cùng một lúc. Cần rất nhiều băng thông và độ trễ thấp để nhận thông tin nhanh chóng. Nếu bạn cần quay lại và gửi lại thứ gì đó, bạn cũng có thể gửi nó rất nhanh.”
Ngày nay, một công nghệ, nhiều triển khai Thuật ngữ 5G được sử dụng theo nhiều cách khác nhau.Ở dạng chung nhất, đây là sự phát triển của công nghệ không dây di động cho phép quản lý các dịch vụ mới qua giao diện vô tuyến tiêu chuẩn, Colin Alexander, giám đốc tiếp thị không dây cho doanh nghiệp cơ sở hạ tầng của Arm giải thích.“Một số tần số hiện tại và tần số mới sẽ được phân bổ để mang lưu lượng truy cập từ dưới 1 GHz trên khoảng cách xa, vùng ngoại ô và vùng phủ sóng rộng hơn, cũng như lưu lượng sóng milimet từ 26 đến 60 GHz cho các trường hợp sử dụng dung lượng cao, độ trễ thấp mới.”
Liên minh mạng di động thế hệ tiếp theo (NGMN) và các tổ chức khác đã phát triển một ký hiệu mô tả các trường hợp sử dụng tại ba điểm của tam giác—một góc dành cho băng thông rộng di động nâng cao, góc còn lại dành cho giao tiếp có độ trễ cực kỳ đáng tin cậy (URLLC).Loại máy liên lạc.Mỗi người trong số họ yêu cầu một loại mạng hoàn toàn khác nhau cho nhu cầu của họ.
“Điều này dẫn đến một yêu cầu khác đối với 5G, yêu cầu xác định mạng lõi,” Alexander nói.“Mạng lõi sẽ mở rộng hiệu quả tất cả các loại lưu lượng truy cập khác nhau này.”
Ông lưu ý rằng các nhà khai thác mạng di động đang làm việc để cung cấp khả năng nâng cấp và mở rộng mạng của họ một cách linh hoạt nhất, bằng cách sử dụng triển khai phần mềm ảo hóa và phần mềm chứa chạy trên phần cứng máy tính tiêu chuẩn trên đám mây.
Về các loại lưu lượng truy cập URLLC, các ứng dụng này hiện có thể được quản lý từ đám mây.Nhưng điều này đòi hỏi phải di chuyển một số điều khiển và chức năng của người dùng đến gần rìa mạng hơn, sang giao diện vô tuyến.Ví dụ: hãy xem xét các robot thông minh trong các nhà máy yêu cầu mạng có độ trễ thấp vì lý do bảo mật và hiệu quả.Điều này sẽ yêu cầu các khối điện toán cạnh, mỗi khối có khả năng tính toán, lưu trữ, tăng tốc và học máy, đồng thời một số nhưng không phải tất cả các dịch vụ ứng dụng ô tô và V2X sẽ có các yêu cầu tương tự, Alexander nói.
”Trong những trường hợp yêu cầu độ trễ thấp, quá trình xử lý lại có thể được chuyển sang biên để tính toán và truyền đạt các giải pháp V2X.Nếu ứng dụng thiên về quản lý tài nguyên, chẳng hạn như theo dõi bãi đậu xe hoặc nhà sản xuất, thì điện toán có thể là điện toán đám mây số lượng lớn.”trên thiết bị “, – anh ấy nói.
Thiết kế cho 5G Đối với các kỹ sư thiết kế được giao nhiệm vụ thiết kế chip 5G, có rất nhiều mảnh ghép chuyển động trong câu đố, mỗi mảnh ghép có một loạt các cân nhắc riêng.Ví dụ, tại các trạm cơ sở, một trong những vấn đề chính là tiêu thụ điện năng.
Geoff Tate, Giám đốc điều hành của Flex Logix cho biết: “Hầu hết các trạm cơ sở đều được thiết kế với các nút công nghệ ASIC và FPGA tiên tiến.“Hiện tại, chúng được thiết kế bằng SerDes, tiêu thụ rất nhiều năng lượng và chiếm nhiều không gian.Nếu bạn có thể tích hợp khả năng lập trình vào ASIC, bạn có thể giảm mức tiêu thụ điện năng và dấu chân vì bạn không cần SerDes chạy nhanh ngoài chip và bạn có nhiều băng thông hơn giữa logic có thể lập trình và ASIC. Intel thực hiện điều này bằng cách đưa Xeons và Altera FPGA của họ vào cùng một gói Vì vậy, bạn nhận được băng thông gấp 100 lần Những điều thú vị về trạm gốc Trước tiên, bạn phát triển công nghệ, sau đó bạn có thể bán và sử dụng nó trên toàn thế giới.Với điện thoại di động, bạn có thể tạo các phiên bản khác nhau cho các quốc gia khác nhau.”
Các yêu cầu khác nhau đối với các thiết bị được triển khai trong mạng lõi và trên đám mây.Một trong những cân nhắc chính là kiến trúc giúp dễ dàng quản lý phần mềm và dễ dàng chuyển các trường hợp sử dụng sang thiết bị.
Alexander của Arm cho biết: “Hệ sinh thái tiêu chuẩn để xử lý các dịch vụ vùng chứa ảo hóa như OPNFV (Nền tảng mở cho ảo hóa chức năng mạng) là rất quan trọng.“Quản lý sự tương tác giữa các thành phần mạng và lưu lượng giữa các thiết bị thông qua điều phối dịch vụ cũng sẽ là chìa khóa.ONAP (Open Network Automation Platform) là một ví dụ.Mức tiêu thụ điện năng và hiệu quả của thiết bị cũng là những lựa chọn thiết kế quan trọng.”
Ở biên mạng, các yêu cầu bao gồm độ trễ thấp, băng thông ở mức người dùng cao và mức tiêu thụ điện năng thấp.
Alexander cho biết: “Các bộ tăng tốc cần có khả năng hỗ trợ dễ dàng nhiều yêu cầu tính toán khác nhau mà không phải lúc nào CPU đa năng cũng xử lý tốt nhất.Khả năng mở rộng quy mô là rất quan trọng.Hỗ trợ cho một kiến trúc có thể dễ dàng thay đổi quy mô giữa ASIC, ASSP và FPGA cũng rất quan trọng vì điện toán biên sẽ được phân phối trên các mạng thuộc mọi quy mô và trên mọi thiết bị.Khả năng mở rộng phần mềm cũng rất quan trọng.”
5G cũng có thể gây ra những thay đổi đối với kiến trúc chipset, đặc biệt là vị trí đặt các đài.Ron Lowman nói rằng mặc dù các giao diện người dùng tương tự của các giải pháp LTE được đặt trên radio, bộ xử lý hoặc được tích hợp hoàn toàn, nhưng khi các nhóm thiết kế chuyển sang công nghệ mới, các giao diện người dùng đó thường di chuyển ra khỏi chip trước rồi quay trở lại vào nó. .khi công nghệ tiến bộ Ông, Giám đốc tiếp thị chiến lược Synopsys IoT.
Lowman cho biết: “Với sự ra đời của 5G, người ta mong đợi rằng nhiều đài phát thanh, công nghệ tiên tiến hơn và các nút công nghệ tiên tiến hơn, nhanh hơn như 12nm trở lên sẽ đóng một vai trò quan trọng trong các thành phần tích hợp.“Điều này yêu cầu các bộ chuyển đổi dữ liệu đi vào giao diện tương tự để có thể xử lý gigasamples mỗi giây.Độ tin cậy cao cũng luôn luôn quan trọng.Các yếu tố như phổ mở và việc sử dụng Wi-Fi khiến việc này trở nên khó khăn hơn rất nhiều so với trước đây.Cố gắng giải quyết tất cả những điều đó không phải là một nhiệm vụ dễ dàng và máy học và trí tuệ nhân tạo có thể rất phù hợp để thực hiện một số công việc khó khăn.Đến lượt nó, điều này ảnh hưởng đến kiến trúc, vì nó không chỉ tải quá trình xử lý mà còn cả bộ nhớ.”
Thompson của Cadence đồng ý.“Khi chúng tôi phát triển 5G hoặc IoT cho các tiêu chuẩn 802.11 cao hơn và thậm chí là một số cân nhắc về ADAS, chúng tôi đang cố gắng giảm mức tiêu thụ điện năng, rẻ hơn, nhỏ hơn và tăng hiệu suất bằng cách chuyển sang các nút nhỏ hơn.Hãy so sánh điều đó với sự lo lắng hỗn hợp của bạn, được quan sát thấy ở Liên bang Nga,” ông nói.“Khi các nút nhỏ hơn, IC sẽ nhỏ hơn.Để một IC tận dụng tối đa kích thước nhỏ hơn của nó, nó cần phải ở trong một gói nhỏ hơn.Có một sự thúc đẩy để mọi thứ trở nên nhỏ hơn và gọn gàng hơn, nhưng đó không phải là một điều tốt.”cho Thiết kế RF”.“…trong mô phỏng, tôi không lo lắng quá nhiều về ảnh hưởng của mạch đối với phân phối.Nếu tôi có một miếng kim loại, nó có thể trông giống điện trở một chút, nhưng nó giống điện trở ở mọi tần số.Nếu đó là hiệu ứng RF, thì đó là một đường truyền, nó sẽ trông khác tùy thuộc vào tần số tôi đang gửi qua nó. Các trường này sẽ được kích hoạt ở các phần khác của chuỗi. Bây giờ tôi đã thu thập mọi thứ gần nhau hơn và khi nào nó không, Mức độ kết nối tăng theo cấp số nhân. Khi tôi đến các nút nhỏ hơn, các hiệu ứng ghép nối này trở nên rõ rệt hơn, điều đó cũng có nghĩa là điện áp phân cực nhỏ hơn. Vì vậy, tiếng ồn là một tác động lớn vì tôi không làm lệch thiết bị. điện áp thấp hơn, cùng mức độ tiếng ồn có nhiều ảnh hưởng hơn. Nhiều vấn đề trong số này xuất hiện ở cấp độ hệ thống trong 5G.”
Trọng tâm mới về độ tin cậy Độ tin cậy đã mang một ý nghĩa mới trong truyền thông không dây khi những con chip này được sử dụng trong các ứng dụng ô tô, công nghiệp và y tế.Điều này thường không liên quan đến truyền thông không dây, trong đó lỗi kết nối, suy giảm hiệu suất hoặc bất kỳ vấn đề nào khác có thể làm gián đoạn dịch vụ thường được coi là sự bất tiện hơn là vấn đề bảo mật.
Roland Jahnke, Trưởng phòng Phương pháp Thiết kế tại Fraunhofer EAS cho biết: “Chúng tôi cần tìm ra những cách mới để xác minh rằng các chip an toàn chức năng sẽ hoạt động đáng tin cậy.“Là một ngành công nghiệp, chúng tôi vẫn chưa ở đó.Chúng tôi đang cố gắng cấu trúc quá trình phát triển ngay bây giờ.Chúng tôi cần xem xét cách các bộ phận và công cụ tương tác với nhau và chúng tôi còn rất nhiều việc phải làm để đảm bảo tính nhất quán.”
Jahnke lưu ý rằng cho đến nay hầu hết các vấn đề là do một lỗi thiết kế duy nhất.“Nếu có hai hoặc ba lỗi thì sao?Người xác minh nên cho nhà thiết kế biết điều gì có thể xảy ra sai sót và lỗi ở đâu, sau đó khôi phục lại chúng trong quá trình thiết kế.”
Điều này đã trở thành một vấn đề lớn ở nhiều thị trường quan trọng về an toàn và vấn đề lớn với mạng không dây và ô tô là số lượng biến số ngày càng tăng ở cả hai phía.Oliver King, CTO của Moortec cho biết: “Một số trong số chúng phải được thiết kế để luôn hoạt động.“Việc lập mô hình trước thời hạn có thể dự đoán mọi thứ sẽ được sử dụng như thế nào.Thật khó để dự đoán.Sẽ mất thời gian để xem mọi thứ hoạt động như thế nào.”
Yêu cầu mạng làng.Tuy nhiên, có đủ công ty cảm thấy rằng 5G có đủ lợi ích để chứng minh nỗ lực xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết để làm cho tất cả hoạt động.
Magdi Abadir, phó chủ tịch tiếp thị của Helic, cho biết sự khác biệt lớn nhất với 5G sẽ là tốc độ dữ liệu được cung cấp.“5G có thể hoạt động ở tốc độ từ 10 đến 20 gigabit/giây.Cơ sở hạ tầng phải hỗ trợ loại tốc độ truyền dữ liệu và các chip phải xử lý dữ liệu đến này.Đối với máy thu và máy phát ở băng tần trên 100 GB, tần số cũng phải được tính đến.Ở Liên bang Nga, họ đã quen với tần số 70 GHz cho radar và những thứ tương tự.”
Việc tạo ra cơ sở hạ tầng này là một nhiệm vụ phức tạp bao gồm một số liên kết trong chuỗi cung ứng điện tử.
Abadir nói: “Điều kỳ diệu đang được nói đến để biến điều này thành hiện thực là cố gắng tích hợp nhiều hơn ở phía RF của SoC.Tích hợp với các thành phần ADC và DAC tương tự với tốc độ lấy mẫu rất cao.Mọi thứ phải được tích hợp vào cùng một SoC.Chúng ta đã thấy sự tích hợp và thảo luận về các vấn đề tích hợp, nhưng điều này phóng đại mọi thứ vì nó đặt mục tiêu cao và buộc các nhà phát triển phải tích hợp nhiều hơn so với suy nghĩ trước đây.Rất khó để cô lập mọi thứ và không ảnh hưởng đến các mạch lân cận.”
Từ quan điểm này, 2G chủ yếu là truyền giọng nói, trong khi 3G và 4G là truyền dữ liệu nhiều hơn và hỗ trợ hiệu quả hơn.Ngược lại, 5G đại diện cho sự phổ biến của các thiết bị khác nhau, các dịch vụ khác nhau và băng thông gia tăng.
Mike Fitton, Nhà hoạch định chiến lược và Chuyên gia phát triển kinh doanh tại Achronix cho biết: “Các mô hình sử dụng mới như băng thông rộng di động nâng cao và kết nối có độ trễ thấp yêu cầu băng thông tăng gấp 10 lần.“Ngoài ra, 5G dự kiến sẽ trở nên rất quan trọng đối với V2X, đặc biệt là đối với thế hệ 5G tiếp theo.Bản phát hành 5G 16 sẽ có URLLC, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng V2X.Ứng dụng kiểu mạng.
Việc lập kế hoạch cho tương lai không chắc chắn của 5G thường được xem là một loạt kế hoạch so sánh nhất với băng thông lớn hơn gấp 10 lần, độ trễ gấp 5 lần và số lượng thiết bị nhiều hơn gấp 5-10 lần.Điều này phức tạp bởi thực tế là mực trong thông số kỹ thuật 5G không khô lắm.Luôn có những bổ sung muộn đòi hỏi sự linh hoạt và biến thành khả năng lập trình.
“Nếu bạn tính đến hai nhu cầu lớn của liên kết dữ liệu phần cứng do băng thông cao và nhu cầu linh hoạt, điều này có nghĩa là bạn có thể sẽ cần một số loại SoC hoặc ASIC chuyên dụng có nhiều khả năng lập trình hơn giữa phần cứng và phần mềm.…nếu bạn nhìn vào mọi nền tảng 5G ngày nay, tất cả chúng đều dựa trên FPGA vì bạn không thấy thông lượng.Tại một thời điểm nào đó, tất cả các OEM không dây chính có khả năng chuyển sang nguồn ASIC phần mềm được tối ưu hóa và kinh tế hơn, nhưng yêu cầu tính linh hoạt và động lực để giảm chi phí và mức tiêu thụ điện năng.Đó là về việc duy trì tính linh hoạt ở nơi bạn cần (trong FPGA hoặc FPGA nhúng) và sau đó thêm chức năng nếu có thể để đạt được mức tiêu thụ năng lượng và chi phí thấp nhất.”
Tate of Flex Logix đồng ý.“Hơn 100 công ty hoạt động trong lĩnh vực này.Quang phổ là khác, giao thức là khác và chip được sử dụng là khác.Chip lặp lại sẽ bị hạn chế hơn về năng lượng trên các bức tường của tòa nhà, nơi có thể có một eFPGA có giá trị hơn.”
Các câu chuyện liên quan Con đường đầy đá đến 5G Công nghệ không dây mới này sẽ đi được bao xa và những thách thức nào cần phải vượt qua?Thử nghiệm không dây đối mặt với những thách thức mới Sự ra đời của 5G và các công nghệ không dây mới khác đang khiến việc thử nghiệm trở nên khó khăn hơn.Thử nghiệm không dây là một giải pháp khả thi.Tech Talk: 5G, tiêu chuẩn không dây mới, có ý nghĩa gì đối với ngành công nghệ và những thách thức phía trước.Cuộc đua thiết bị thử nghiệm 5G bắt đầu Thế hệ tiếp theo của công nghệ không dây vẫn đang được phát triển, nhưng các nhà cung cấp thiết bị đã sẵn sàng thử nghiệm 5G trong các đợt triển khai thử nghiệm.
Ngành công nghiệp đã đạt được tiến bộ trong việc hiểu mức độ lão hóa ảnh hưởng đến độ tin cậy, nhưng nhiều biến số khiến việc khắc phục trở nên khó khăn hơn.
Nhóm đang khám phá tiềm năng của vật liệu 2D, bộ nhớ NAND 1000 lớp và những cách mới để tuyển dụng nhân tài.
Sự tích hợp không đồng nhất và mật độ ngày càng tăng trong các nút đầu cuối đặt ra một số thách thức khó khăn và nan giải đối với việc sản xuất và đóng gói vi mạch.
Việc xác thực bộ xử lý khó hơn nhiều so với ASIC có kích thước tương đương và bộ xử lý RISC-V thêm một lớp phức tạp khác.
127 công ty khởi nghiệp đã huy động được 2,6 tỷ đô la, với khoản tài trợ đáng kể được huy động nhờ kết nối trung tâm dữ liệu, điện toán lượng tử và pin.
Ngành công nghiệp đã đạt được tiến bộ trong việc hiểu mức độ lão hóa ảnh hưởng đến độ tin cậy, nhưng nhiều biến số khiến việc khắc phục trở nên khó khăn hơn.
Thiết kế không đồng nhất, sự không phù hợp về nhiệt trong các trường hợp sử dụng khác nhau có thể ảnh hưởng đến mọi thứ, từ lão hóa nhanh đến cong vênh và lỗi hệ thống.
Chuẩn bộ nhớ mới bổ sung những lợi ích đáng kể, nhưng nó vẫn còn đắt và khó sử dụng.Điều này có thể thay đổi.
Thời gian đăng: 16-03-2023