La próxima generación de tecnología inalámbrica está llena de desafíos, pero eso no ha frenado el ritmo.
Esta tecnología cuenta con tasas de datos muy altas, una latencia mucho más baja que 4G LTE y la capacidad de manejar una densidad de dispositivos mucho mayor por sitio celular.En resumen, es la mejor tecnología para manejar la avalancha de datos generados por sensores automotrices, dispositivos IoT y, cada vez más, electrónica de última generación.
La fuerza impulsora detrás de esta tecnología es una nueva interfaz aérea que permitirá a los operadores de redes móviles lograr una mayor eficiencia con una asignación de espectro similar.La nueva jerarquía de red facilitará el trabajo con redes 5G segmentadas al permitirle asignar dinámicamente múltiples tipos de tráfico en función de las necesidades de tráfico específicas.
“Se trata de ancho de banda y latencia”, dijo Michael Thompson, Arquitecto de soluciones de RF en el Grupo de PCB y circuitos integrados personalizados de Cadence.“¿Qué tan rápido puedo obtener una gran cantidad de datos?Otro beneficio es que este es un sistema dinámico, por lo que me ahorra la molestia de vincular un canal completo o múltiples canales de ancho de banda.Esto es similar al rendimiento bajo demanda, según la aplicación.Esto es lo que.Por lo tanto, es más flexible que el estándar de la generación anterior.Además, su capacidad es mucho mayor”.
Esto abre nuevas posibilidades de aplicación en la vida cotidiana, en eventos deportivos, en la industria y en el transporte.“Si coloco suficientes sensores en el avión, puedo controlarlo y, con una aplicación como el aprendizaje automático, comenzará a comprender cuándo es necesario reparar o reemplazar una pieza, un sistema o un proceso”, dijo Thompson.“Así que hay un avión volando por el país y va a aterrizar en LaGuardia.Espera, alguien vendrá y lo reemplazará.Esto se aplica a equipos de movimiento de tierras muy grandes y equipos de minería en los que el sistema se cuida solo.Desea evitar que estos equipos de unidades multimillonarias se bloqueen para que no se queden sentados esperando que se envíen las piezas. Recibirá datos de miles de estas unidades al mismo tiempo. Se necesita mucho ancho de banda y baja latencia para obtener información rápidamente. Si necesita dar la vuelta y enviar algo de regreso, también puede enviarlo muy rápido”.
Una tecnología, múltiples implementaciones Actualmente, el término 5G se utiliza de diversas formas.En su forma más general, se trata de una evolución de la tecnología inalámbrica celular que permitirá gestionar nuevos servicios a través de una interfaz aérea estándar, explicó Colin Alexander, director de marketing inalámbrico del negocio de infraestructura de Arm.“Se asignarán varias frecuencias existentes y nuevas para transportar tráfico desde sub-1 GHz a largas distancias, cobertura suburbana y más amplia, y tráfico de ondas milimétricas de 26 a 60 GHz para nuevos casos de uso de alta capacidad y baja latencia”.
La Next Generation Mobile Network Alliance (NGMN) y otros han desarrollado una notación que representa los casos de uso en los tres puntos de un triángulo: una esquina para banda ancha móvil mejorada, la otra para comunicación ultra confiable de baja latencia (URLLC).Tipo de máquina de comunicación.Cada uno de ellos requiere un tipo de red completamente diferente para sus necesidades.
“Esto lleva a otro requisito para 5G, el requisito de definir una red central”, dijo Alexander.“La red central escalará efectivamente todos estos diferentes tipos de tráfico”.
Señaló que los operadores de redes móviles están trabajando para proporcionar la actualización y expansión más flexible de sus redes, utilizando implementaciones de software virtualizadas y en contenedores que se ejecutan en hardware informático estándar en la nube.
En términos de tipos de tráfico URLLC, estas aplicaciones ahora se pueden administrar desde la nube.Pero esto requiere mover algunos controles y funciones de usuario más cerca del borde de la red, a la interfaz aérea.Por ejemplo, considere robots inteligentes en fábricas que requieren redes de baja latencia por razones de seguridad y eficiencia.Esto requerirá bloques de computación perimetral, cada uno con capacidades de computación, almacenamiento, aceleración y aprendizaje automático, y que algunos, pero no todos, los servicios de aplicaciones automotrices y V2X tendrán requisitos similares, dice Alexander.
”En los casos en que se requiere una latencia baja, el procesamiento se puede mover nuevamente al borde para calcular y comunicar soluciones V2X.Si la aplicación tiene más que ver con la gestión de recursos, como el estacionamiento o el seguimiento del fabricante, la computación puede ser computación en la nube masiva”.en el dispositivo “, – dijo.
Diseño para 5G Para los ingenieros de diseño encargados de diseñar chips 5G, hay muchas piezas en movimiento en el rompecabezas, cada una con su propio conjunto de consideraciones.Por ejemplo, en las estaciones base, uno de los principales problemas es el consumo de energía.
“La mayoría de las estaciones base están diseñadas con nodos de tecnología ASIC y FPGA avanzados”, dijo Geoff Tate, director ejecutivo de Flex Logix.“Actualmente, están diseñados usando SerDes, que consumen mucha energía y ocupan mucho espacio.Si puede incorporar la capacidad de programación en el ASIC, puede reducir el consumo de energía y el espacio físico porque no necesita SerDes para ejecutarse rápidamente fuera del chip y tiene más ancho de banda entre la lógica programable y los ASIC. Intel hace esto colocando sus Xeons y Altera FPGA en el mismo paquete Así obtiene 100 veces más ancho de banda Cosas interesantes sobre las estaciones base Primero, desarrolla la tecnología y luego puede venderla y usarla en todo el mundo.Con un teléfono móvil, puedes crear diferentes versiones para diferentes países”.
Los requisitos son diferentes para los dispositivos implementados en la red central y en la nube.Una de las consideraciones clave es una arquitectura que facilite la gestión del software y la portabilidad de los casos de uso a los dispositivos.
“El ecosistema de estándares para el manejo de servicios de contenedores virtualizados como OPNFV (Plataforma Abierta para Virtualización de Funciones de Red) es muy importante”, dijo Alexander de Arm.“La gestión de la interacción entre los elementos de la red y el tráfico entre dispositivos a través de la orquestación de servicios también será clave.ONAP (Plataforma Abierta de Automatización de Redes) es un ejemplo.El consumo de energía y la eficiencia del dispositivo también son opciones de diseño clave”.
En el borde de la red, los requisitos incluyen baja latencia, alto ancho de banda a nivel de usuario y bajo consumo de energía.
“Los aceleradores deben poder soportar fácilmente muchos requisitos computacionales diferentes que no siempre son manejados mejor por una CPU de propósito general”, dijo Alexander.La capacidad de escalar es muy importante.El soporte para una arquitectura que pueda escalar fácilmente entre ASIC, ASSP y FPGA también es importante, ya que la informática perimetral se distribuirá a través de redes de cualquier tamaño y en cualquier dispositivo.La escalabilidad del software también es importante”.
5G también podría causar cambios en la arquitectura del conjunto de chips, especialmente donde se ubican las radios.Ron Lowman dijo que, si bien los front-end analógicos de las soluciones LTE se colocan en la radio, el procesador o están completamente integrados, cuando los equipos de diseño migran a nuevas tecnologías, esos front-end generalmente salen primero del chip y luego regresan a él. .a medida que avanza la tecnología Él, director de marketing estratégico de Synopsys IoT.
“Con la llegada de 5G, se espera que múltiples radios, tecnologías más avanzadas y nodos de tecnología más rápida y avanzada, como 12 nm y superiores, desempeñen un papel importante en los componentes integrados”, dijo Lowman.“Esto requiere que los convertidores de datos que ingresan a la interfaz analógica puedan manejar gigamuestras por segundo.La alta confiabilidad también es siempre importante.Factores como el espectro abierto y el uso de Wi-Fi lo hacen mucho más difícil de lo que era en el pasado.Tratar de lidiar con todo eso no es una tarea fácil, y el aprendizaje automático y la inteligencia artificial pueden ser muy adecuados para hacer parte del trabajo duro.Esto, a su vez, afecta la arquitectura, ya que no solo carga el procesamiento, sino también la memoria”.
Thompson de Cadence está de acuerdo.“A medida que desarrollamos 5G o IoT para estándares 802.11 más altos e incluso algunas consideraciones de ADAS, estamos tratando de reducir el consumo de energía, ser más baratos, ser más pequeños y aumentar el rendimiento pasando a nodos más pequeños.Compare eso con su mezcla de preocupaciones, observada en la Federación Rusa”, dijo.“A medida que los nodos se hacen más pequeños, los circuitos integrados se hacen más pequeños.Para que un IC aproveche al máximo su tamaño más pequeño, debe estar en un paquete más pequeño.Hay un impulso para que las cosas sean más pequeñas y compactas, pero eso no es algo bueno”.para el diseño de radiofrecuencia”.“…en simulación, no me preocupo demasiado por el efecto del circuito en la distribución.Si tengo una pieza de metal, puede parecer un poco una resistencia, pero parece una resistencia en todas las frecuencias.Si es un efecto de RF, entonces es una línea de transmisión, se verá diferente dependiendo de la frecuencia que esté enviando. Estos campos se activarán en otras partes de la cadena. hace, el grado de conexión aumenta exponencialmente. Cuando llego a los nodos más pequeños, estos efectos de acoplamiento se vuelven más pronunciados, lo que también significa que el voltaje de polarización es más pequeño. Entonces, el ruido es un gran efecto porque no polarizo el dispositivo hacia abajo. un voltaje más bajo, el mismo nivel de ruido tiene más efecto. Muchos de estos problemas están presentes en el nivel del sistema en 5G”.
Nuevo enfoque en la confiabilidad La confiabilidad ha adquirido un nuevo significado en las comunicaciones inalámbricas, ya que estos chips se utilizan en aplicaciones automotrices, industriales y médicas.Por lo general, esto no está relacionado con las comunicaciones inalámbricas, donde las fallas de conexión, la degradación del rendimiento o cualquier otro problema que pueda interrumpir el servicio generalmente se considera un inconveniente en lugar de un problema de seguridad.
“Necesitamos encontrar nuevas formas de verificar que los chips de seguridad funcional funcionen de manera confiable”, dijo Roland Jahnke, director de métodos de diseño de Fraunhofer EAS.“Como industria, todavía no hemos llegado.Estamos tratando de estructurar el proceso de desarrollo en este momento.Necesitamos ver cómo interactúan las piezas y las herramientas, y tenemos mucho trabajo para garantizar la coherencia”.
Jahnke señaló que, hasta ahora, la mayoría de los problemas se han debido a un solo error de diseño.“¿Qué pasa si hay dos o tres errores?El verificador debe decirle al diseñador qué podría salir mal y dónde están los errores, y luego corregirlos durante el proceso de diseño”.
Esto se ha convertido en un gran problema en muchos mercados críticos para la seguridad, y el gran problema con la tecnología inalámbrica y la automotriz es el número cada vez mayor de variables en ambos lados.“Algunos de ellos tienen que estar diseñados para estar siempre encendidos”, dice Oliver King, CTO de Moortec.“Modelar con anticipación puede predecir cómo se usarán las cosas.Es difícil de predecir.Tomará tiempo ver cómo funcionan las cosas”.
Se requiere red de aldea.Sin embargo, suficientes empresas sienten que 5G tiene suficientes beneficios para justificar el esfuerzo de construir la infraestructura necesaria para que todo funcione.
Magdi Abadir, vicepresidente de marketing de Helic, dijo que la mayor diferencia con 5G serán las velocidades de datos ofrecidas.“5G puede operar a velocidades de 10 a 20 gigabits por segundo.La infraestructura debe admitir el tipo de tasa de transferencia de datos y los chips deben procesar estos datos entrantes.Para receptores y transmisores en bandas superiores a 100 GB, también se debe tener en cuenta la frecuencia.En la Federación Rusa, se utilizan a una frecuencia de 70 GHz para radares y similares”.
La creación de esta infraestructura es una tarea compleja que abarca varios eslabones de la cadena de suministro de productos electrónicos.
“La magia de la que se habla para que esto suceda es tratar de lograr una mayor integración en el lado de RF del SoC”, dijo Abadir.Integración con componentes analógicos ADC y DAC con muy alta frecuencia de muestreo.Todo debe estar integrado en un mismo SoC.Hemos visto la integración y discutido los problemas de integración, pero esto exagera todo porque establece un objetivo alto y obliga a los desarrolladores a integrar incluso más de lo que se pensaba anteriormente.Es muy difícil aislar todo y no afectar a los circuitos vecinos”.
Desde este punto de vista, 2G es principalmente transmisión de voz, mientras que 3G y 4G son más transmisión de datos y soporte más eficiente.Por el contrario, 5G representa la proliferación de diferentes dispositivos, diferentes servicios y mayor ancho de banda.
“Los nuevos modelos de uso, como la banda ancha móvil mejorada y la conectividad de baja latencia, requieren un aumento de 10 veces en el ancho de banda”, dijo Mike Fitton, planificador estratégico y especialista en desarrollo comercial de Achronix.“Además, se espera que 5G se vuelva muy importante para V2X, especialmente para la próxima generación de 5G.5G Release 16 tendrá URLLC, que es muy importante para las aplicaciones V2X.Aplicación de tipo red.
La planificación para el futuro incierto de 5G a menudo se ve como una serie de superlativos con 10 veces más ancho de banda, 5 veces más latencia y 5-10 veces más dispositivos.Esto se complica por el hecho de que la tinta en las especificaciones 5G no está muy seca.Siempre hay adiciones tardías que requieren flexibilidad y se convierten en programabilidad.
“Si tiene en cuenta las dos grandes necesidades de un enlace de datos de hardware debido al alto ancho de banda y la necesidad de flexibilidad, esto significa que probablemente necesitará algún tipo de SoC o ASIC dedicado que tenga más programabilidad entre el hardware y el software.…si observa todas las plataformas 5G actuales, todas se basan en FPGA porque simplemente no ve el rendimiento.En algún momento, es probable que todos los principales fabricantes de equipos originales (OEM) inalámbricos cambien a software ASIC más económico y optimizado, pero requieren flexibilidad e impulso para reducir los costos y el consumo de energía.Se trata de mantener la flexibilidad donde la necesita (en FPGA o FPGA integrados) y luego agregar funcionalidad donde sea posible para lograr el menor costo y consumo de energía”.
Tate de Flex Logix está de acuerdo.“Más de 100 empresas operan en esta zona.El espectro es diferente, el protocolo es diferente y los chips utilizados son diferentes.El chip repetidor tendrá una potencia más limitada en las paredes de un edificio, donde puede haber un lugar donde un eFPGA sea más valioso”.
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Hora de publicación: 16-mar-2023