La prochaine génération de technologie sans fil est pleine de défis, mais cela n'a pas ralenti le rythme.
Cette technologie offre des débits de données très élevés, une latence beaucoup plus faible que la 4G LTE et la capacité de gérer une densité d'appareils considérablement accrue par site cellulaire.En bref, c'est la meilleure technologie pour gérer le flot de données généré par les capteurs automobiles, les appareils IoT et, de plus en plus, l'électronique de nouvelle génération.
Le moteur de cette technologie est une nouvelle interface hertzienne qui permettra aux opérateurs de réseaux mobiles d'atteindre une plus grande efficacité avec une allocation de spectre similaire.La nouvelle hiérarchie de réseau facilitera le travail avec les réseaux 5G segmentés en vous permettant d'allouer dynamiquement plusieurs types de trafic en fonction de besoins de trafic spécifiques.
« C'est une question de bande passante et de latence », a déclaré Michael Thompson, architecte de solutions RF au sein du groupe Custom ICs and PCBs de Cadence.« À quelle vitesse puis-je obtenir une grande quantité de données ?Un autre avantage est qu'il s'agit d'un système dynamique, ce qui m'évite d'avoir à bloquer un canal entier ou plusieurs canaux de bande passante.Ceci est similaire au débit à la demande, selon l'application.C'est quoi.Ainsi, il est plus flexible que la norme de la génération précédente.De plus, sa capacité est beaucoup plus élevée.
Cela ouvre de nouvelles possibilités d'application dans la vie quotidienne, lors d'événements sportifs, dans l'industrie et dans les transports."Si je mets suffisamment de capteurs dans l'avion, je peux le contrôler, et avec une application comme l'apprentissage automatique, il commencera à comprendre quand une pièce, un système ou un processus doit être réparé ou remplacé", a déclaré Thompson.« Donc, il y a un avion qui vole à travers le pays et il va atterrir à LaGuardia.Attendez, quelqu'un viendra le remplacer.Cela vaut pour les très gros équipements de terrassement et les équipements miniers où le système s'occupe de lui-même.Vous voulez empêcher ces équipements de plusieurs millions de dollars de tomber en panne afin qu'ils ne restent pas là à attendre que des pièces soient envoyées. Vous recevrez des données de milliers de ces unités en même temps. Cela prend beaucoup de bande passante et une faible latence pour obtenir des informations rapidement. Si vous avez besoin de faire demi-tour et de renvoyer quelque chose, vous pouvez également l'envoyer très rapidement.
Une technologie, plusieurs implémentations Le terme 5G est utilisé de diverses manières de nos jours.Dans sa forme la plus générale, il s'agit d'une évolution de la technologie sans fil cellulaire qui permettra de gérer de nouveaux services via une interface hertzienne standard, a expliqué Colin Alexander, directeur du marketing sans fil pour les activités d'infrastructure d'Arm."Plusieurs fréquences existantes et nouvelles seront attribuées pour transporter le trafic de moins de 1 GHz sur de longues distances, une couverture suburbaine et plus large, et le trafic à ondes millimétriques de 26 à 60 GHz pour de nouveaux cas d'utilisation à haute capacité et à faible latence."
La Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) et d'autres ont développé une notation qui décrit les cas d'utilisation aux trois points d'un triangle - un coin pour le haut débit mobile amélioré, l'autre pour la communication ultra-fiable à faible latence (URLLC).Type d'appareil de communication.Chacun d'eux nécessite un type de réseau complètement différent pour ses besoins.
"Cela conduit à une autre exigence pour la 5G, l'exigence de définir un réseau central", a déclaré Alexander."Le réseau central mettra efficacement à l'échelle tous ces différents types de trafic."
Il a noté que les opérateurs de réseaux mobiles s'efforcent de fournir la mise à niveau et l'expansion les plus flexibles de leurs réseaux, en utilisant des implémentations logicielles virtualisées et conteneurisées fonctionnant sur du matériel informatique standard dans le cloud.
En termes de types de trafic URLLC, ces applications peuvent désormais être gérées depuis le cloud.Mais cela nécessite de déplacer certaines commandes et fonctions utilisateur plus près de la périphérie du réseau, vers l'interface hertzienne.Par exemple, considérez les robots intelligents dans les usines qui nécessitent des réseaux à faible latence pour des raisons de sécurité et d'efficacité.Cela nécessitera des blocs informatiques de pointe, chacun avec des capacités de calcul, de stockage, d'accélération et d'apprentissage automatique, et que certains services d'application V2X et automobiles, mais pas tous, auront des exigences similaires, explique Alexander.
« Dans les cas où une faible latence est requise, le traitement peut à nouveau être déplacé vers la périphérie pour calculer et communiquer les solutions V2X.Si l'application concerne davantage la gestion des ressources, comme le stationnement ou le suivi des fabricants, l'informatique peut être du cloud computing en vrac.sur l'appareil », – il a dit.
Concevoir pour la 5G Pour les ingénieurs concepteurs chargés de concevoir des puces 5G, il existe de nombreuses pièces mobiles dans le puzzle, chacune avec son propre ensemble de considérations.Par exemple, dans les stations de base, l'un des principaux problèmes est la consommation d'énergie.
« La plupart des stations de base sont conçues avec des nœuds technologiques avancés ASIC et FPGA », a déclaré Geoff Tate, PDG de Flex Logix.« Actuellement, ils sont conçus à l'aide de SerDes, qui consomment beaucoup d'énergie et prennent beaucoup de place.Si vous pouvez intégrer la programmabilité dans l'ASIC, vous pouvez réduire la consommation d'énergie et l'empreinte, car vous n'avez pas besoin de SerDes pour fonctionner rapidement hors puce et vous avez plus de bande passante entre la logique programmable et les ASIC. Intel le fait en mettant ses Xeons et Altera FPGA dans le même package Ainsi, vous obtenez 100 fois plus de bande passante Points intéressants sur les stations de base Tout d'abord, vous développez la technologie, puis vous pouvez la vendre et l'utiliser partout dans le monde.Avec un téléphone portable, vous pouvez créer différentes versions pour différents pays.
Les exigences sont différentes pour les appareils déployés dans le réseau central et dans le cloud.L'une des principales considérations est une architecture qui facilite la gestion des logiciels et le transfert facile des cas d'utilisation vers les appareils.
"L'écosystème de normes pour la gestion des services de conteneurs virtualisés tels que OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) est très important", a déclaré Arm's Alexander.« La gestion de l'interaction entre les éléments du réseau et le trafic entre les appareils via l'orchestration des services sera également essentielle.ONAP (Open Network Automation Platform) en est un exemple.La consommation d'énergie et l'efficacité des appareils sont également des choix de conception clés.
À la périphérie du réseau, les exigences incluent une faible latence, une bande passante élevée au niveau de l'utilisateur et une faible consommation d'énergie.
"Les accélérateurs doivent pouvoir prendre en charge facilement de nombreuses exigences de calcul différentes qui ne sont pas toujours mieux gérées par un processeur à usage général", a déclaré Alexander.La capacité à évoluer est très importante.La prise en charge d'une architecture qui peut facilement évoluer entre les ASIC, les ASSP et les FPGA est également importante, car l'informatique de pointe sera distribuée sur des réseaux de toute taille et sur n'importe quel appareil.L'évolutivité du logiciel est également importante.
La 5G pourrait également entraîner des modifications de l'architecture du chipset, en particulier là où se trouvent les radios.Ron Lowman a déclaré que si les frontaux analogiques des solutions LTE sont placés sur la radio, le processeur ou entièrement intégrés, lorsque les équipes de conception migrent vers de nouvelles technologies, ces frontaux sortent généralement d'abord de la puce, puis y reviennent. .au fur et à mesure que la technologie progresse He, Synopsys IoT Strategic Marketing Manager.
"Avec l'avènement de la 5G, on s'attend à ce que plusieurs radios, des technologies plus avancées et des nœuds technologiques plus rapides et plus avancés tels que 12 nm et plus jouent un rôle important dans les composants intégrés", a déclaré Lowman.« Cela nécessite que les convertisseurs de données qui entrent dans l'interface analogique soient capables de gérer des gigaéchantillons par seconde.Une haute fiabilité est également toujours importante.Des facteurs tels que le spectre ouvert et l'utilisation du Wi-Fi rendent la tâche beaucoup plus difficile qu'elle ne l'était par le passé.Essayer de gérer tout cela n'est pas une tâche facile, et l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle peuvent être bien adaptés pour faire une partie du travail acharné.Ceci, à son tour, affecte l'architecture, car elle charge non seulement le traitement, mais également la mémoire.
Thompson de Cadence est d'accord."Alors que nous développons la 5G ou l'IoT pour des normes 802.11 plus élevées et même certaines considérations ADAS, nous essayons de réduire la consommation d'énergie, d'être moins chers, d'être plus petits et d'augmenter les performances en passant à des nœuds plus petits.Comparez cela à votre mélange de préoccupations, observé dans la Fédération de Russie », a-t-il déclaré.« À mesure que les nœuds deviennent plus petits, les circuits intégrés deviennent plus petits.Pour qu'un circuit intégré tire pleinement parti de sa petite taille, il doit être dans un boîtier plus petit.Il y a une poussée pour que les choses soient plus petites et plus compactes, mais ce n'est pas une bonne chose.pour la conception RF ».« … en simulation, je ne m'inquiète pas trop de l'effet du circuit sur la distribution.Si j'ai un morceau de métal, cela peut ressembler un peu à une résistance, mais cela ressemble à une résistance à toutes les fréquences.S'il s'agit d'un effet RF, alors c'est une ligne de transmission, elle aura un aspect différent selon la fréquence que j'envoie dessus. Ces champs seront déclenchés dans d'autres parties de la chaîne. Maintenant, j'ai tout rassemblé plus près les uns des autres et quand il fait, le degré de connexion augmente de façon exponentielle. Lorsque j'arrive aux nœuds plus petits, ces effets de couplage deviennent plus prononcés, ce qui signifie également que la tension de polarisation est plus petite. Ainsi, le bruit est un effet important car je ne polarise pas l'appareil vers le bas. une tension plus basse, le même niveau de bruit a plus d'effet. Beaucoup de ces problèmes sont présents au niveau du système en 5G.
Un nouvel accent sur la fiabilité La fiabilité a pris une nouvelle signification dans les communications sans fil car ces puces sont utilisées dans des applications automobiles, industrielles et médicales.Cela n'est généralement pas lié aux communications sans fil, où les échecs de connexion, la dégradation des performances ou tout autre problème susceptible de perturber le service sont généralement considérés comme un inconvénient plutôt qu'un problème de sécurité.
"Nous devons trouver de nouvelles façons de vérifier que les puces de sécurité fonctionnelle fonctionneront de manière fiable", a déclaré Roland Jahnke, responsable des méthodes de conception chez Fraunhofer EAS.« En tant qu'industrie, nous n'en sommes pas encore là.Nous essayons de structurer le processus de développement en ce moment.Nous devons examiner comment les pièces et les outils interagissent, et nous avons beaucoup de travail pour assurer la cohérence. »
Jahnke a noté que jusqu'à présent, la plupart des problèmes étaient dus à une seule erreur de conception."Et s'il y a deux ou trois bugs ?Le vérificateur doit dire au concepteur ce qui pourrait mal tourner et où se trouvent les bogues, puis les annuler pendant le processus de conception.
C'est devenu un gros problème sur de nombreux marchés critiques pour la sécurité, et le gros problème avec le sans fil et l'automobile est le nombre toujours croissant de variables des deux côtés."Certains d'entre eux doivent être conçus pour être toujours allumés", explique Oliver King, CTO de Moortec."La modélisation à l'avance peut prédire comment les choses seront utilisées.C'est difficile à prévoir.Il faudra du temps pour voir comment les choses fonctionnent.
Réseau de village requis.Cependant, suffisamment d'entreprises estiment que la 5G présente suffisamment d'avantages pour justifier l'effort de construction de l'infrastructure nécessaire pour que tout fonctionne.
Magdi Abadir, vice-président du marketing chez Helic, a déclaré que la plus grande différence avec la 5G sera les vitesses de données offertes.« La 5G peut fonctionner à des vitesses de 10 à 20 gigabits par seconde.L'infrastructure doit prendre en charge le type de taux de transfert de données et les puces doivent traiter ces données entrantes.Pour les récepteurs et les émetteurs dans les bandes supérieures à 100 Go, la fréquence doit également être prise en compte.En Fédération de Russie, ils sont habitués à une fréquence de 70 GHz pour les radars et autres.
La création de cette infrastructure est une tâche complexe qui s'étend sur plusieurs maillons de la chaîne d'approvisionnement électronique.
"La magie dont on parle pour que cela se produise consiste à essayer de faire plus d'intégration du côté RF du SoC", a déclaré Abadir.Intégration avec des composants ADC et DAC analogiques avec un taux d'échantillonnage très élevé.Tout doit être intégré dans le même SoC.Nous avons vu l'intégration et discuté des problèmes d'intégration, mais cela exagère tout car cela fixe un objectif élevé et oblige les développeurs à intégrer encore plus qu'on ne le pensait auparavant.Il est très difficile de tout isoler et de ne pas affecter les circuits voisins.
De ce point de vue, la 2G est avant tout une transmission vocale, tandis que la 3G et la 4G sont davantage une transmission de données et un support plus efficace.Au contraire, la 5G représente la prolifération de différents appareils, de différents services et d'une bande passante accrue.
"Les nouveaux modèles d'utilisation tels que le haut débit mobile amélioré et la connectivité à faible latence nécessitent une multiplication par 10 de la bande passante", a déclaré Mike Fitton, planificateur stratégique et spécialiste du développement commercial chez Achronix.« De plus, la 5G devrait devenir très importante pour V2X, en particulier pour la prochaine génération de 5G.5G Release 16 aura URLLC, ce qui est très important pour les applications V2X.Application de type réseau.
La planification de l'avenir incertain de la 5G est souvent considérée comme une série de superlatifs avec 10 fois plus de bande passante, 5 fois plus de latence et 5 à 10 fois plus d'appareils.Ceci est compliqué par le fait que l'encre des spécifications 5G n'est pas très sèche.Il y a toujours des ajouts tardifs qui nécessitent de la flexibilité et se transforment en programmabilité.
"Si vous tenez compte des deux grands besoins d'une liaison de données matérielle en raison de la bande passante élevée et du besoin de flexibilité, cela signifie que vous aurez probablement besoin d'une sorte de SoC ou d'ASIC dédié qui a plus de programmabilité entre le matériel et le logiciel.… si vous regardez toutes les plates-formes 5G aujourd'hui, elles sont toutes basées sur des FPGA parce que vous ne voyez tout simplement pas le débit.À un moment donné, tous les principaux équipementiers sans fil sont susceptibles de passer à une alimentation ASIC logicielle plus économique et optimisée, mais cela nécessite de la flexibilité et de la volonté de réduire les coûts et la consommation d'énergie.Il s'agit de conserver la flexibilité là où vous en avez besoin (dans les FPGA ou les FPGA embarqués), puis d'ajouter des fonctionnalités là où c'est possible pour obtenir le coût et la consommation d'énergie les plus faibles.
Tate of Flex Logix est d'accord.« Plus de 100 entreprises opèrent dans ce domaine.Le spectre est différent, le protocole est différent et les puces utilisées sont différentes.La puce répéteur sera plus limitée en puissance sur les murs d'un bâtiment, où il peut y avoir un endroit où un eFPGA est plus précieux.
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Heure de publication : 16 mars 2023