La prossima generazione di tecnologia wireless è irta di sfide, ma ciò non ha rallentato il ritmo.
Questa tecnologia vanta velocità dati molto elevate, una latenza molto inferiore rispetto a 4G LTE e la capacità di gestire una densità di dispositivi notevolmente maggiore per sito cellulare.In breve, è la migliore tecnologia per gestire il flusso di dati generato dai sensori automobilistici, dai dispositivi IoT e, sempre più, dall'elettronica di nuova generazione.
La forza motrice alla base di questa tecnologia è una nuova interfaccia aerea che consentirà agli operatori di reti mobili di ottenere una maggiore efficienza con una simile allocazione dello spettro.La nuova gerarchia di rete semplificherà il lavoro con le reti 5G segmentate consentendo di allocare dinamicamente più tipi di traffico in base a specifiche esigenze di traffico.
"Si tratta di larghezza di banda e latenza", ha affermato Michael Thompson, RF Solutions Architect presso il Custom ICs and PCBs Group di Cadence.“Quanto velocemente posso ottenere una grande quantità di dati?Un altro vantaggio è che questo è un sistema dinamico, quindi mi risparmia la fatica di legare un intero canale o più canali di larghezza di banda.Questo è simile al throughput su richiesta, a seconda dell'applicazione.Questo è ciò che.Pertanto, è più flessibile rispetto allo standard della generazione precedente.Inoltre, la sua capacità è molto più elevata.”
Questo apre nuove possibilità di applicazione nella vita di tutti i giorni, in occasione di eventi sportivi, nell'industria e nei trasporti."Se metto abbastanza sensori sull'aereo, posso controllarlo e, con un'applicazione come l'apprendimento automatico, inizierà a capire quando una parte, un sistema o un processo deve essere riparato o sostituito", ha affermato Thompson.“Quindi c'è un aereo che vola attraverso il paese e atterrerà a LaGuardia.Aspetta, verrà qualcuno a sostituirlo.Questo vale per macchine movimento terra molto grandi e attrezzature minerarie in cui il sistema si autogestisce.Vuoi evitare che queste apparecchiature multimilionarie si blocchino in modo che non stiano lì ad aspettare che le parti vengano inviate. Riceverai dati da migliaia di queste unità contemporaneamente. Richiede molta larghezza di banda e bassa latenza per ottenere informazioni rapidamente. Se hai bisogno di tornare indietro e inviare qualcosa, puoi anche inviarlo molto rapidamente.
Una tecnologia, molteplici implementazioni Al giorno d'oggi il termine 5G viene utilizzato in vari modi.Nella sua forma più generale, si tratta di un'evoluzione della tecnologia wireless cellulare che consentirà di gestire nuovi servizi tramite un'interfaccia aerea standard, ha spiegato Colin Alexander, direttore del marketing wireless per il business delle infrastrutture di Arm."Diverse frequenze esistenti e nuove saranno assegnate per trasportare traffico da meno di 1 GHz su lunghe distanze, copertura suburbana e più ampia e traffico a onde millimetriche da 26 a 60 GHz per nuovi casi d'uso ad alta capacità e bassa latenza".
La Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) e altri hanno sviluppato una notazione che descrive i casi d'uso nei tre punti di un triangolo: un angolo per la banda larga mobile potenziata, l'altro per la comunicazione ultra affidabile a bassa latenza (URLLC).Tipo di macchina di comunicazione.Ognuno di loro richiede un tipo di rete completamente diverso per le proprie esigenze.
"Questo porta a un altro requisito per il 5G, il requisito per definire una rete centrale", ha affermato Alexander."La rete principale ridimensionerà efficacemente tutti questi diversi tipi di traffico".
Ha notato che gli operatori di reti mobili stanno lavorando per fornire l'aggiornamento e l'espansione più flessibili delle loro reti, utilizzando implementazioni software virtualizzate e containerizzate in esecuzione su hardware informatico standard nel cloud.
In termini di tipi di traffico URLLC, queste applicazioni possono ora essere gestite dal cloud.Ma questo richiede di spostare alcuni controlli e funzioni utente più vicino al bordo della rete, all'interfaccia aerea.Ad esempio, considera i robot intelligenti nelle fabbriche che richiedono reti a bassa latenza per motivi di sicurezza ed efficienza.Ciò richiederà blocchi di edge computing, ciascuno con capacità di elaborazione, archiviazione, accelerazione e apprendimento automatico, e che alcuni ma non tutti i servizi applicativi V2X e automobilistici avranno requisiti simili, afferma Alexander.
"Nei casi in cui è richiesta una bassa latenza, l'elaborazione può essere nuovamente spostata all'edge per elaborare e comunicare soluzioni V2X.Se l'applicazione riguarda più la gestione delle risorse, come il parcheggio o il monitoraggio del produttore, l'elaborazione può essere un cloud computing di massa".sul dispositivo “, – ha detto.
Progettare per il 5G Per i progettisti incaricati di progettare chip 5G, ci sono molti pezzi in movimento nel puzzle, ognuno con la propria serie di considerazioni.Ad esempio, nelle stazioni base, uno dei problemi principali è il consumo energetico.
"La maggior parte delle stazioni base sono progettate con nodi tecnologici ASIC e FPGA avanzati", ha affermato Geoff Tate, CEO di Flex Logix.“Attualmente, sono progettati utilizzando SerDes, che consumano molta energia e occupano molto spazio.Se riesci a integrare la programmabilità nell'ASIC, puoi ridurre il consumo energetico e l'ingombro perché non hai bisogno di SerDes per funzionare velocemente off-chip e hai più larghezza di banda tra la logica programmabile e gli ASIC Intel lo fa inserendo i loro Xeon e Altera FPGA nel stesso pacchetto Quindi ottieni una larghezza di banda 100 volte maggiore Cose interessanti sulle stazioni base Innanzitutto, sviluppi la tecnologia e poi puoi venderla e usarla in tutto il mondo.Con un telefono cellulare puoi creare versioni diverse per paesi diversi”.
I requisiti sono diversi per i dispositivi distribuiti nella rete principale e nel cloud.Una delle considerazioni chiave è un'architettura che semplifichi la gestione del software e trasferisca facilmente i casi d'uso sui dispositivi.
"L'ecosistema di standard per la gestione dei servizi di container virtualizzati come OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) è molto importante", ha affermato Alexander di Arm.“Anche la gestione dell'interazione tra gli elementi di rete e il traffico tra i dispositivi attraverso l'orchestrazione dei servizi sarà fondamentale.ONAP (Open Network Automation Platform) ne è un esempio.Anche il consumo energetico e l'efficienza del dispositivo sono scelte progettuali fondamentali".
All'edge della rete, i requisiti includono bassa latenza, elevata larghezza di banda a livello di utente e basso consumo energetico.
"Gli acceleratori devono essere in grado di supportare facilmente molti requisiti computazionali diversi che non sono sempre gestiti al meglio da una CPU generica", ha affermato Alexander.La capacità di scalare è molto importante.Anche il supporto per un'architettura facilmente scalabile tra ASIC, ASSP e FPGA è importante, poiché l'edge computing sarà distribuito su reti di qualsiasi dimensione e su qualsiasi dispositivo.Anche la scalabilità del software è importante".
Il 5G potrebbe anche causare modifiche all'architettura del chipset, in particolare dove si trovano le radio.Ron Lowman ha affermato che mentre i front-end analogici delle soluzioni LTE sono posizionati sulla radio, sul processore o completamente integrati, quando i team di progettazione migrano verso nuove tecnologie, questi front-end in genere escono prima dal chip e poi vi rientrano. .man mano che la tecnologia avanza Lui, Synopsys IoT Strategic Marketing Manager.
"Con l'avvento del 5G, si prevede che più radio, tecnologie più avanzate e nodi tecnologici più veloci e avanzati come 12nm e superiori giocheranno un ruolo significativo nei componenti integrati", ha affermato Lowman.“Ciò richiede che i convertitori di dati che entrano nell'interfaccia analogica siano in grado di gestire gigacampioni al secondo.Anche l'elevata affidabilità è sempre importante.Fattori come lo spettro aperto e l'utilizzo del Wi-Fi lo rendono molto più difficile di quanto non fosse in passato.Cercare di affrontare tutto ciò non è un compito facile e l'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale possono essere adatti a svolgere parte del duro lavoro.Questo, a sua volta, influisce sull'architettura, poiché carica non solo l'elaborazione, ma anche la memoria.
Thompson di Cadence è d'accordo.“Mentre sviluppiamo 5G o IoT per standard 802.11 più elevati e anche alcune considerazioni ADAS, stiamo cercando di ridurre il consumo energetico, essere più economici, essere più piccoli e aumentare le prestazioni passando a nodi più piccoli.Confrontalo con il tuo mix di preoccupazioni, osservato nella Federazione Russa", ha detto.“Man mano che i nodi diventano più piccoli, i circuiti integrati diventano più piccoli.Affinché un circuito integrato possa sfruttare appieno le sue dimensioni ridotte, deve trovarsi in un pacchetto più piccolo.C'è una spinta affinché le cose siano più piccole e compatte, ma non è una buona cosa.per la progettazione RF”.“…nella simulazione, non mi preoccupo troppo dell'effetto del circuito sulla distribuzione.Se ho un pezzo di metallo, può sembrare un po' un resistore, ma sembra un resistore a tutte le frequenze.Se si tratta di un effetto RF, allora è una linea di trasmissione, avrà un aspetto diverso a seconda della frequenza che sto inviando su di essa. Questi campi verranno attivati in altre parti della catena. Ora ho raccolto tutto più vicino l'uno all'altro e quando fa, il grado di connessione aumenta in modo esponenziale. Quando arrivo ai nodi più piccoli, questi effetti di accoppiamento diventano più pronunciati, il che significa anche che la tensione di polarizzazione è inferiore. Quindi il rumore è un grande effetto perché non distorce il dispositivo. tensione più bassa, stesso livello di rumore ha più effetto. Molti di questi problemi sono presenti a livello di sistema in 5G.
Nuova attenzione all'affidabilità L'affidabilità ha assunto un nuovo significato nelle comunicazioni wireless poiché questi chip vengono utilizzati in applicazioni automobilistiche, industriali e mediche.Ciò non è generalmente correlato alle comunicazioni wireless, in cui gli errori di connessione, il degrado delle prestazioni o qualsiasi altro problema che potrebbe interrompere il servizio sono generalmente visti come un inconveniente piuttosto che un problema di sicurezza.
"Dobbiamo trovare nuovi modi per verificare che i chip di sicurezza funzionale funzionino in modo affidabile", ha affermato Roland Jahnke, responsabile dei metodi di progettazione presso Fraunhofer EAS.“Come industria, non siamo ancora arrivati.Stiamo cercando di strutturare il processo di sviluppo in questo momento.Dobbiamo esaminare come interagiscono le parti e gli strumenti e abbiamo molto lavoro per garantire la coerenza ".
Jahnke ha osservato che finora la maggior parte dei problemi è stata dovuta a un singolo errore di progettazione.“E se ci sono due o tre bug?Il verificatore dovrebbe dire al progettista cosa potrebbe andare storto e dove si trovano i bug, quindi ripristinarli durante il processo di progettazione.
Questo è diventato un grosso problema in molti mercati critici per la sicurezza e il grosso problema con il wireless e il settore automobilistico è il numero sempre crescente di variabili da entrambe le parti."Alcuni di essi devono essere progettati per essere sempre attivi", afferma Oliver King, CTO di Moortec.“La modellazione in anticipo può prevedere come verranno utilizzate le cose.È difficile da prevedere.Ci vorrà del tempo per vedere come funzionano le cose”.
Rete del villaggio richiesta.Tuttavia, un numero sufficiente di aziende ritiene che il 5G abbia vantaggi sufficienti per giustificare lo sforzo di costruire l'infrastruttura necessaria per far funzionare tutto.
Magdi Abadir, vicepresidente del marketing di Helic, ha affermato che la più grande differenza con il 5G sarà la velocità dei dati offerta.“Il 5G può funzionare a velocità da 10 a 20 gigabit al secondo.L'infrastruttura deve supportare il tipo di velocità di trasferimento dei dati ei chip devono elaborare questi dati in entrata.Per ricevitori e trasmettitori in bande superiori a 100 GB, occorre tenere conto anche della frequenza.Nella Federazione Russa sono abituati a una frequenza di 70 GHz per radar e simili”.
La creazione di questa infrastruttura è un'attività complessa che abbraccia diversi anelli della catena di fornitura dell'elettronica.
"La magia di cui si parla per far sì che ciò accada è cercare di fare più integrazione sul lato RF del SoC", ha detto Abadir.Integrazione con componenti ADC e DAC analogici con frequenza di campionamento molto elevata.Tutto deve essere integrato nello stesso SoC.Abbiamo visto l'integrazione e discusso problemi di integrazione, ma questo esagera tutto perché stabilisce un obiettivo elevato e costringe gli sviluppatori a integrare ancora più di quanto si pensasse in precedenza.È molto difficile isolare tutto e non influenzare i circuiti vicini”.
Da questo punto di vista, 2G è principalmente trasmissione vocale, mentre 3G e 4G sono più trasmissione dati e supporto più efficiente.Al contrario, il 5G rappresenta la proliferazione di diversi dispositivi, diversi servizi e una maggiore larghezza di banda.
"Nuovi modelli di utilizzo come la banda larga mobile avanzata e la connettività a bassa latenza richiedono un aumento di 10 volte della larghezza di banda", ha affermato Mike Fitton, pianificatore strategico e specialista dello sviluppo aziendale di Achronix.“Inoltre, si prevede che il 5G diventi molto importante per V2X, in particolare per la prossima generazione di 5G.5G Release 16 avrà URLLC che è molto importante per le applicazioni V2X.Applicazione di tipo rete.
La pianificazione per il futuro incerto del 5G è spesso vista come una serie di superlativi con una larghezza di banda 10 volte maggiore, una latenza 5 volte superiore e 5-10 volte più dispositivi.Ciò è complicato dal fatto che l'inchiostro nelle specifiche 5G non è molto secco.Ci sono sempre aggiunte tardive che richiedono flessibilità e si trasformano in programmabilità.
“Se si prendono in considerazione le due grandi esigenze di un collegamento dati hardware a causa dell'elevata larghezza di banda e della necessità di flessibilità, ciò significa che probabilmente sarà necessario un qualche tipo di SoC o ASIC dedicato che abbia una maggiore programmabilità tra hardware e software.… se guardi ogni piattaforma 5G oggi, sono tutte basate su FPGA perché semplicemente non vedi il throughput.Ad un certo punto, è probabile che tutti i principali OEM wireless passeranno a un'alimentazione ASIC software più economica e ottimizzata, ma richiede flessibilità e determinazione per ridurre i costi e il consumo energetico.Si tratta di mantenere la flessibilità dove serve (negli FPGA o negli FPGA embedded) e quindi aggiungere funzionalità ove possibile per ottenere il minor costo e il minor consumo energetico possibile".
Tate of Flex Logix è d'accordo.“In questo settore operano più di 100 aziende.Lo spettro è diverso, il protocollo è diverso e i chip utilizzati sono diversi.Il chip ripetitore avrà una potenza più limitata sui muri di un edificio, dove potrebbe esserci un posto in cui un eFPGA è più prezioso.
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Tempo di pubblicazione: 16 marzo 2023