הדור הבא של הטכנולוגיה האלחוטית עמוס באתגרים, אבל זה לא האט את הקצב.
טכנולוגיה זו מתהדרת בקצבי נתונים גבוהים מאוד, זמן אחזור נמוך בהרבה מ-4G LTE, ויכולת להתמודד עם צפיפות מכשירים מוגברת מאוד לכל אתר סלולרי.בקיצור, זוהי הטכנולוגיה הטובה ביותר להתמודד עם שטף הנתונים שנוצר על ידי חיישני רכב, מכשירי IoT ויותר ויותר אלקטרוניקה מהדור הבא.
הכוח המניע מאחורי טכנולוגיה זו הוא ממשק אוויר חדש שיאפשר למפעילי רשתות סלולריות להגיע ליעילות רבה יותר עם הקצאת ספקטרום דומה.היררכיית הרשת החדשה תקל על העבודה עם רשתות 5G מפולחות על ידי כך שתאפשר לך להקצות באופן דינמי מספר סוגי תעבורה בהתבסס על צרכי תעבורה ספציפיים.
"זה עוסק ברוחב פס והשהייה", אמר מייקל תומפסון, ארכיטקט פתרונות RF בקבוצת ה-ICB וה-PCB המותאמים אישית של Cadence."כמה מהר אני יכול לקבל כמות גדולה של נתונים?יתרון נוסף הוא שמדובר במערכת דינמית, כך שהיא חוסכת לי את הטרחה של קשירת ערוץ שלם או מספר ערוצי רוחב פס.זה דומה לתפוקה לפי דרישה, בהתאם לאפליקציה.זה מה.לפיכך, הוא גמיש יותר מהתקן מהדור הקודם.בנוסף, הקיבולת שלו הרבה יותר גבוהה”.
זה פותח אפשרויות יישום חדשות בחיי היומיום, באירועי ספורט, בתעשייה ובתחבורה."אם אשים מספיק חיישנים על המטוס, אוכל לשלוט בו, ועם אפליקציה כמו למידת מכונה, הוא יתחיל להבין מתי צריך לתקן או להחליף חלק, מערכת או תהליך", אמר תומפסון."אז יש מטוס שטס דרך המדינה והוא עומד לנחות בלה גוארדיה.רגע, מישהו יבוא ויחליף אותו.זה נכון לגבי ציוד עפר גדול מאוד, וציוד כרייה שבו המערכת דואגת לעצמה.אתה רוצה למנוע מהציוד הזה של יחידות מרובות מיליוני דולרים להתרסק כדי שהם לא ישבו שם ומחכים לשליחת חלקים. אתה תקבל נתונים מאלפי יחידות אלה בו-זמנית. זה לוקח הרבה רוחב פס והשהייה נמוכה כדי לקבל מידע במהירות. אם אתה צריך להסתובב ולשלוח משהו בחזרה, אתה גם יכול לשלוח אותו מהר מאוד."
טכנולוגיה אחת, יישומים מרובים המונח 5G משמש במגוון דרכים בימינו.במתכונתו הכללית ביותר, זוהי אבולוציה של טכנולוגיה אלחוטית סלולרית שתאפשר ניהול שירותים חדשים על פני ממשק אוויר סטנדרטי, הסביר קולין אלכסנדר, מנהל שיווק אלחוטי עבור עסקי התשתיות של Arm."מספר תדרים קיימים וחדשים יוקצו לשאת תעבורה מתת-1 גיגה-הרץ למרחקים ארוכים, כיסוי פרברי ורחב יותר, ותעבורת גלי מילימטרים מ-26 עד 60 ג'יגה-הרץ עבור מקרי שימוש חדשים בעלי קיבולת גבוהה והשהייה נמוכה."
ה-Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) ואחרים פיתחו סימון המתאר מקרי שימוש בשלוש נקודות המשולש - פינה אחת עבור פס רחב נייד משופר, והשנייה עבור תקשורת אמינה במיוחד עם זמן אחזור נמוך (URLLC).סוג מכונת תקשורת.כל אחד מהם דורש סוג שונה לחלוטין של רשת לצרכיו.
"זה מוביל לדרישה נוספת עבור 5G, הדרישה להגדיר רשת ליבה", אמר אלכסנדר."רשת הליבה תרחיב ביעילות את כל סוגי התעבורה השונים הללו."
הוא ציין כי מפעילי רשתות סלולריות פועלות לספק את השדרוג וההרחבה הגמישים ביותר של הרשתות שלהם, תוך שימוש בהטמעות תוכנה וירטואליות ומכולות הפועלות על חומרת מחשוב סטנדרטית בענן.
במונחים של סוגי תעבורת URLLC, יישומים אלה ניתנים כעת לניהול מהענן.אבל זה מחייב להעביר כמה פקדים ופונקציות משתמש קרוב יותר לקצה הרשת, לממשק האוויר.לדוגמה, שקול רובוטים חכמים במפעלים הדורשים רשתות חביון נמוכות מטעמי אבטחה ויעילות.זה ידרוש בלוקי מחשוב קצה, שלכל אחד מהם יכולות מחשוב, אחסון, האצה ולמידת מכונה, ולחלק משירותי ה-V2X ויישומי הרכב יהיו דרישות דומות, אבל לא לכל שירותי הרכב, אומר אלכסנדר.
"במקרים שבהם נדרשת השהייה נמוכה, ניתן להזיז שוב את העיבוד לקצה כדי לחשב ולתקשר פתרונות V2X.אם האפליקציה עוסקת יותר בניהול משאבים, כגון חניה או מעקב יצרן, המחשוב יכול להיות מחשוב ענן בתפזורת."במכשיר", - הוא אמר.
עיצוב עבור 5G עבור מהנדסי עיצוב המוטלים על עיצוב שבבי 5G, ישנם חלקים נעים רבים בפאזל, כל אחד עם מערכת השיקולים שלו.לדוגמה, בתחנות בסיס, אחת הבעיות העיקריות היא צריכת החשמל.
"רוב תחנות הבסיס מתוכננות עם צמתי טכנולוגיות ASIC ו-FPGA מתקדמים", אמר ג'וף טייט, מנכ"ל Flex Logix."כרגע, הם מתוכננים באמצעות SerDes, שצורכים הרבה חשמל ותופסים הרבה מקום.אם אתה יכול לבנות יכולת תכנות לתוך ה-ASIC, אתה יכול להפחית את צריכת החשמל ואת טביעת הרגל כי אתה לא צריך SerDes כדי להפעיל מהר מחוץ לשבב ויש לך יותר רוחב פס בין הלוגיקה הניתנת לתכנות לבין ASICs אינטל עושה זאת על ידי הכנסת Xeons ו-Altera FPGA שלהם אותה חבילה אז אתה מקבל פי 100 יותר רוחב פס דברים מעניינים על תחנות בסיס ראשית, אתה מפתח את הטכנולוגיה ואז אתה יכול למכור ולהשתמש בה בכל רחבי העולם.עם טלפון נייד, אתה יכול ליצור גרסאות שונות עבור מדינות שונות."
הדרישות שונות עבור מכשירים הפרוסים ברשת הליבה ובענן.אחד השיקולים המרכזיים הוא ארכיטקטורה שמקלה על ניהול תוכנה והעברת מקרי שימוש בקלות למכשירים.
"המערכת האקולוגית של תקנים לטיפול בשירותי קונטיינר וירטואליים כגון OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) חשובה מאוד", אמר אלכסנדר של Arm."ניהול האינטראקציה בין רכיבי רשת ותעבורה בין מכשירים באמצעות תזמור שירות יהיה גם מפתח.ONAP (Open Network Automation Platform) היא דוגמה.צריכת חשמל ויעילות המכשיר הן גם בחירות עיצוב מפתח".
בקצה הרשת, הדרישות כוללות חביון נמוך, רוחב פס גבוה ברמת המשתמש וצריכת חשמל נמוכה.
"מאיצים צריכים להיות מסוגלים לתמוך בקלות בדרישות חישוביות רבות ושונות שלא תמיד מטופלות בצורה הטובה ביותר על ידי מעבד לשימוש כללי", אמר אלכסנדר.היכולת לבצע קנה מידה חשובה מאוד.תמיכה בארכיטקטורה שיכולה להתאים בקלות בין ASICs, ASSPs ו-FPGAs חשובה גם היא, שכן מחשוב קצה יתחלק על פני רשתות בכל גודל ובכל מכשיר.גם מדרגיות התוכנה חשובה".
5G יכול גם לגרום לשינויים בארכיטקטורת ערכת השבבים, במיוחד היכן שממוקמים מכשירי הרדיו.רון לומן אמר שבעוד שהחזיתות הקדמיות האנלוגיות של פתרונות LTE ממוקמות על הרדיו, המעבד או משולבות במלואן, כאשר צוותי עיצוב עוברים לטכנולוגיות חדשות, החזיתות הללו בדרך כלל עוברות תחילה מהשבב ואז בחזרה אליו. .ככל שהטכנולוגיה מתקדמת הוא, מנהל השיווק האסטרטגי של Synopsys IoT.
"עם כניסתו של 5G, צפוי כי מספר מכשירי רדיו, טכנולוגיות מתקדמות יותר וצמתי טכנולוגיה מהירים ומתקדמים יותר כמו 12nm ומעלה ישחקו תפקיד משמעותי ברכיבים משולבים", אמר לואומן."זה מצריך ממירי הנתונים שנכנסים לממשק האנלוגי להיות מסוגלים להתמודד עם ג'יגאסמפלים בשנייה.אמינות גבוהה היא גם תמיד חשובה.גורמים כמו ספקטרום פתוח ושימוש ב-Wi-Fi מקשים הרבה יותר ממה שהיה בעבר.הניסיון להתמודד עם כל זה אינו משימה קלה, ולמידת מכונה ובינה מלאכותית יכולים להתאים היטב לחלק מהעבודה הקשה.זה, בתורו, משפיע על הארכיטקטורה, מכיוון שהיא טוענת לא רק עיבוד, אלא גם זיכרון."
תומפסון מקידנס מסכים."כשאנחנו מפתחים 5G או IoT עבור תקני 802.11 גבוהים יותר ואפילו כמה שיקולי ADAS, אנחנו מנסים להפחית את צריכת החשמל, להיות זולים יותר, להיות קטנים יותר ולהגדיל את הביצועים על ידי מעבר לצמתים קטנים יותר.השווה את זה לתמהיל החששות שלך, שנצפה בפדרציה הרוסית", אמר."ככל שהצמתים הולכים וקטנים, ה-ICs הולכים וקטנים.כדי ש-IC יוכל לנצל את מלוא הגודל הקטן שלו, הוא צריך להיות באריזה קטנה יותר.יש דחיפה לדברים להיות קטנים יותר וקומפקטיים יותר, אבל זה לא דבר טוב”.עבור עיצוב RF"."...בסימולציה, אני לא דואג יותר מדי מהשפעת המעגל על ההתפלגות.אם יש לי חתיכת מתכת, זה אולי נראה קצת כמו נגד, אבל זה נראה כמו נגד בכל התדרים.אם זה אפקט RF, אז זה קו שידור, זה ייראה אחרת בהתאם לתדר שאני שולח עליו. השדות האלה יופעלו בחלקים אחרים של השרשרת. עכשיו אספתי הכל קרוב יותר אחד לשני ומתי זה עושה זאת, מידת החיבור גדלה באופן אקספוננציאלי. כשאני מגיע לצמתים הקטנים יותר, אפקטי הצימוד הללו הופכים בולטים יותר, מה שאומר גם שמתח ההטיה קטן יותר. אז הרעש הוא אפקט גדול כי אני לא מטה את המכשיר כלפי מטה. מתח נמוך יותר, אותה רמת רעש משפיעה יותר. רבות מהבעיות הללו קיימות ברמת המערכת ב-5G."
התמקדות חדשה באמינות אמינות קיבלה משמעות חדשה בתקשורת אלחוטית, מכיוון שבשבבים אלה משמשים ביישומי רכב, תעשייתיים ורפואה.זה בדרך כלל לא קשור לתקשורת אלחוטית, שבה כשלים בחיבור, פגיעה בביצועים או כל בעיה אחרת שעלולה לשבש את השירות נתפסת בדרך כלל כאי נוחות ולא כבעיית אבטחה.
"אנחנו צריכים למצוא דרכים חדשות לוודא ששבבי בטיחות פונקציונליים יפעלו בצורה מהימנה", אמר רולנד יאהנקה, ראש תחום שיטות עיצוב ב-Fraunhofer EAS."כתעשייה, אנחנו עדיין לא שם.אנחנו מנסים לבנות את תהליך הפיתוח עכשיו.אנחנו צריכים לבחון איך חלקים וכלים מתקשרים, ויש לנו הרבה עבודה כדי להבטיח עקביות".
Jahnke ציין שעד כה רוב הבעיות נבעו משגיאת תכנון אחת."מה אם יש שניים או שלושה באגים?על המאמת לספר למעצב מה יכול להשתבש והיכן נמצאים הבאגים, ולאחר מכן להחזיר אותם לאחור במהלך תהליך התכנון."
זה הפך לבעיה גדולה בשווקים קריטיים לבטיחות רבים, והבעיה הגדולה עם האלחוט והרכב הוא המספר ההולך וגדל של משתנים משני הצדדים."חלקם צריכים להיות מתוכננים כך שיהיו דולקים תמיד", אומר אוליבר קינג, CTO של Moortec."דוגמנות מבעוד מועד יכולה לחזות כיצד ייעשה שימוש בדברים.קשה לחזות.ייקח זמן לראות איך הדברים עובדים".
נדרשת רשת כפרית.עם זאת, מספיק חברות מרגישות של-5G יש מספיק יתרונות כדי להצדיק את המאמץ לבנות את התשתית הדרושה כדי שהכל יעבוד.
מגדי עבאדיר, סגן נשיא לשיווק בהליק, אמר שההבדל הגדול ביותר עם 5G יהיה מהירויות הנתונים המוצעות."5G יכול לפעול במהירויות של 10 עד 20 גיגה-ביט לשנייה.התשתית חייבת לתמוך בסוג קצב העברת הנתונים, והשבבים חייבים לעבד את הנתונים הנכנסים הללו.עבור מקלטים ומשדרים ברצועות מעל 100 GB, יש לקחת בחשבון גם את התדר.בפדרציה הרוסית הם רגילים לתדר של 70 גיגה-הרץ עבור מכ"מים וכדומה".
יצירת תשתית זו היא משימה מורכבת המשתרעת על פני מספר חוליות בשרשרת האספקה של האלקטרוניקה.
"הקסם שמדברים עליו כדי לגרום לזה לקרות הוא הניסיון לעשות יותר אינטגרציה בצד ה-RF של ה-SoC", אמר עבאדיר.אינטגרציה עם רכיבי ADC ו-DAC אנלוגיים עם קצב דגימה גבוה מאוד.הכל חייב להיות משולב באותו SoC.ראינו אינטגרציה ודנו בנושאי אינטגרציה, אבל זה מקצין הכל כי זה מציב יעד גבוה ומאלץ מפתחים להשתלב אפילו יותר ממה שחשבו בעבר.קשה מאוד לבודד הכל ולא להשפיע על מעגלים שכנים”.
מנקודת מבט זו, 2G הוא בעיקר שידור קולי, בעוד ש-3G ו-4G הם יותר העברת נתונים ותמיכה יעילה יותר.להיפך, 5G מייצג את התפשטותם של מכשירים שונים, שירותים שונים ורוחב פס מוגדל.
"מודלים חדשים של שימוש כגון פס רחב נייד משופר וקישוריות עם חביון נמוך דורשים גידול של פי 10 ברוחב הפס", אמר מייק פיטון, מתכנן אסטרטגי ומומחה לפיתוח עסקי ב-Achronix."בנוסף, 5G צפוי להיות חשוב מאוד עבור V2X, במיוחד עבור הדור הבא של 5G.ל-5G Release 16 יהיה URLLC שהוא חשוב מאוד עבור יישומי V2X.אפליקציה מסוג רשת.
תכנון לעתיד הלא ברור של 5G נתפס לעתים קרובות כסדרה של סופרלטיבים עם פי 10 יותר רוחב פס, פי 5 השהייה ו- פי 5-10 יותר מכשירים.זה מסובך בגלל העובדה שהדיו במפרט ה-5G אינו יבש במיוחד.תמיד יש תוספות מאוחרות שדורשות גמישות והופכות לתכנות.
"אם אתה לוקח בחשבון את שני הצרכים הגדולים של קישור נתונים חומרה בגלל רוחב פס גבוה והצורך בגמישות, זה אומר שאתה כנראה צריך סוג של SoC או ASIC ייעודי שיש לו יותר תכנות בין חומרה לתוכנה....אם אתה מסתכל על כל פלטפורמת 5G היום, כולם מבוססים על FPGAs כי אתה פשוט לא רואה את התפוקה.בשלב מסוים, סביר להניח שכל יצרני ה-OEM האלחוטיים הגדולים יעברו לצריכת ASIC חסכונית ומוטבת יותר בתוכנה, אך דורשים גמישות ודחף כדי להפחית את העלות ואת צריכת החשמל.מדובר על שמירה על גמישות היכן שאתה צריך אותה (ב-FPGAs או FPGAs משובצים) ולאחר מכן הוספת פונקציונליות במידת האפשר כדי להשיג את העלות הנמוכה ביותר וצריכת החשמל הנמוכה ביותר."
Tate of Flex Logix מסכים."בתחום זה פועלות יותר מ-100 חברות.הספקטרום שונה, הפרוטוקול שונה, והשבבים שבהם נעשה שימוש שונים.שבב החזר יהיה מוגבל יותר בעוצמתו על קירות הבניין, שם עשוי להיות מקום שבו eFPGA הוא בעל ערך רב יותר".
סיפורים קשורים The Rocky Road to 5G עד כמה תגיע הטכנולוגיה האלחוטית החדשה הזו, ועל אילו אתגרים נותרו להתגבר?בדיקות אלחוטיות עומדות בפני אתגרים חדשים הופעת 5G וטכנולוגיות אלחוטיות חדשות אחרות הופכת את הבדיקות לקשות עוד יותר.בדיקות אלחוטיות הן פתרון אפשרי אחד.Tech Talk: מה המשמעות של 5G, התקן האלחוטי החדש, עבור תעשיית הטכנולוגיה ואילו אתגרים עומדים לפנינו.מרוץ ציוד 5G מתחיל הדור הבא של טכנולוגיה אלחוטית עדיין בפיתוח, אך ספקי ציוד מוכנים לבחון 5G בפריסות פיילוט.
התעשייה התקדמה בהבנת האופן שבו ההזדקנות משפיעה על האמינות, אבל יותר משתנים מקשים על התיקון.
הקבוצה בוחנת את הפוטנציאל של חומרים דו-ממדיים, זיכרון NAND בן 1000 שכבות ודרכים חדשות לגייס כישרונות.
אינטגרציה הטרוגנית וצפיפות הולכת וגוברת בצמתים קדמיים מציבים כמה אתגרים מאתגרים ומרתעים לייצור ואריזה של IC.
אימות המעבד הוא הרבה יותר קשה מאשר ASIC בגודל דומה, ומעבדי RISC-V מוסיפים שכבה נוספת של מורכבות.
127 סטארט-אפים גייסו 2.6 מיליארד דולר, עם מימון משמעותי שגויס על ידי קישוריות מרכזי נתונים, מחשוב קוונטי וסוללות.
התעשייה התקדמה בהבנת האופן שבו ההזדקנות משפיעה על האמינות, אבל יותר משתנים מקשים על התיקון.
עיצובים הטרוגניים, חוסר התאמה תרמית במקרי שימוש שונים יכולים להשפיע על כל דבר, החל מהזדקנות מואצת ועד לעיוות ולכשל במערכת.
תקן הזיכרון החדש מוסיף יתרונות משמעותיים, אך הוא עדיין יקר וקשה לשימוש.זה עשוי להשתנות.
זמן פרסום: 16-3-2023