الجيل القادم من التكنولوجيا اللاسلكية محفوف بالتحديات ، لكن ذلك لم يبطئ من وتيرتها.
تتميز هذه التقنية بمعدلات بيانات عالية جدًا ، وزمن وصول أقل بكثير من 4G LTE ، والقدرة على التعامل مع كثافة الجهاز المتزايدة بشكل كبير لكل موقع خلوي.باختصار ، إنها أفضل تقنية للتعامل مع تدفق البيانات المتولدة من مستشعرات السيارات ، وأجهزة إنترنت الأشياء ، وعلى نحو متزايد ، من إلكترونيات الجيل التالي.
القوة الدافعة وراء هذه التقنية هي واجهة هوائية جديدة ستمكن مشغلي شبكات الهاتف المحمول من تحقيق كفاءة أكبر مع توزيع مماثل للطيف.سيسهل التسلسل الهرمي للشبكة الجديد العمل مع شبكات 5G المقسمة من خلال السماح لك بتخصيص أنواع متعددة من حركة المرور ديناميكيًا بناءً على احتياجات حركة المرور المحددة.
قال مايكل طومسون ، مهندس حلول RF في Cadence's Custom ICs و PCBs Group: "يتعلق الأمر بعرض النطاق الترددي والكمون"."ما مدى سرعة الحصول على كمية كبيرة من البيانات؟فائدة أخرى هي أن هذا نظام ديناميكي ، لذا فهو يوفر لي عناء ربط قناة كاملة أو قنوات متعددة لعرض النطاق الترددي.هذا مشابه للإنتاجية حسب الطلب ، اعتمادًا على التطبيق.هذا هو ما.وبالتالي ، فهو أكثر مرونة من معيار الجيل السابق.بالإضافة إلى ذلك ، قدرتها أعلى من ذلك بكثير ".
هذا يفتح إمكانيات تطبيق جديدة في الحياة اليومية ، في الأحداث الرياضية ، في الصناعة والنقل.قال طومسون: "إذا وضعت ما يكفي من أجهزة الاستشعار على متن الطائرة ، يمكنني التحكم فيها ، وباستخدام تطبيق مثل التعلم الآلي ، سيبدأ في فهم متى يحتاج جزء أو نظام أو عملية إلى الإصلاح أو الاستبدال"."إذن هناك طائرة تطير عبر البلاد وستهبط في لاغوارديا.انتظر ، سيأتي شخص ما ليحل محله.ينطبق هذا على معدات حفر التربة الكبيرة جدًا ، ومعدات التعدين حيث يعتني النظام بنفسه.تريد منع هذه الوحدات التي تبلغ تكلفتها عدة ملايين من الدولارات من الانهيار حتى لا تجلس هناك في انتظار إرسال الأجزاء. ستتلقى بيانات من آلاف هذه الوحدات في نفس الوقت. يتطلب الأمر قدرًا كبيرًا من النطاق الترددي وزمن انتقال بطيء للحصول على المعلومات بسرعة. إذا كنت بحاجة إلى الالتفاف وإرسال شيء ما ، فيمكنك أيضًا إرساله بسرعة كبيرة. "
تقنية واحدة ، تطبيقات متعددة يستخدم مصطلح 5G في مجموعة متنوعة من الطرق هذه الأيام.أوضح كولين ألكسندر ، مدير التسويق اللاسلكي لأعمال البنية التحتية لشركة Arm ، أن هذا في شكله الأكثر عمومية ، هو تطور للتكنولوجيا اللاسلكية الخلوية التي ستسمح بإدارة الخدمات الجديدة عبر واجهة هوائية قياسية."سيتم تخصيص العديد من الترددات الحالية والجديدة لنقل حركة المرور من 1 جيجاهرتز عبر مسافات طويلة ، وتغطية ضواحي وأوسع ، وحركة مرور الموجات المليمترية من 26 إلى 60 جيجاهرتز لحالات الاستخدام الجديدة ذات السعة العالية والكمون المنخفض."
طور تحالف شبكات المحمول من الجيل التالي (NGMN) وآخرون تدوينًا يصور حالات الاستخدام في النقاط الثلاث للمثلث - أحد الزاوية للنطاق العريض المتنقل المحسن ، والآخر للاتصالات فائقة الموثوقية بزمن انتقال منخفض (URLLC).نوع آلة الاتصال.يتطلب كل منهم نوعًا مختلفًا تمامًا من الشبكات لتلبية احتياجاتهم.
قال ألكسندر: "يؤدي هذا إلى متطلب آخر لـ 5G ، وهو شرط تحديد الشبكة الأساسية"."ستعمل الشبكة الأساسية على توسيع نطاق كل هذه الأنواع المختلفة من حركة المرور بشكل فعال."
وأشار إلى أن مشغلي شبكات الهاتف المحمول يعملون على توفير التحديث والتوسع الأكثر مرونة لشبكاتهم ، وذلك باستخدام تطبيقات البرامج الافتراضية والحاويات التي تعمل على أجهزة الحوسبة القياسية في السحابة.
فيما يتعلق بأنواع حركة مرور URLLC ، يمكن الآن إدارة هذه التطبيقات من السحابة.لكن هذا يتطلب نقل بعض عناصر التحكم ووظائف المستخدم بالقرب من حافة الشبكة ، إلى الواجهة الهوائية.على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الروبوتات الذكية في المصانع التي تتطلب شبكات بزمن انتقال منخفض لأسباب تتعلق بالأمان والكفاءة.سيتطلب ذلك كتل حوسبة متطورة ، لكل منها إمكانات الحوسبة والتخزين والتسريع والتعلم الآلي ، وأن بعض خدمات تطبيقات V2X وتطبيقات السيارات ، وليس جميعها ، سيكون لها متطلبات مماثلة ، كما يقول ألكساندر.
"في الحالات التي تتطلب زمن انتقال منخفض ، يمكن نقل المعالجة مرة أخرى إلى الحافة لحساب حلول V2X وتوصيلها.إذا كان التطبيق يتعلق أكثر بإدارة الموارد ، مثل وقوف السيارات أو تتبع الشركة المصنعة ، يمكن أن تكون الحوسبة عبارة عن حوسبة سحابية مجمعة. "على الجهاز "، - قال.
التصميم من أجل 5G بالنسبة لمهندسي التصميم المكلفين بتصميم رقائق 5G ، هناك العديد من القطع المتحركة في اللغز ، ولكل منها مجموعة اعتباراتها الخاصة.على سبيل المثال ، في المحطات الأساسية ، تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في استهلاك الطاقة.
قال جيف تيت ، الرئيس التنفيذي لشركة Flex Logix: "تم تصميم معظم المحطات الأساسية باستخدام عقد تقنية ASIC و FPGA المتقدمة"."تم تصميمها حاليًا باستخدام SerDes ، والتي تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة وتستهلك مساحة كبيرة.إذا كان بإمكانك بناء قابلية البرمجة في ASIC ، فيمكنك تقليل استهلاك الطاقة والبصمة لأنك لست بحاجة إلى SerDes لتشغيل سريع خارج الشريحة ولديك نطاق ترددي أكبر بين المنطق القابل للبرمجة و ASICs Intel تقوم بذلك عن طريق وضع Xeons و Altera FPGA في نفس الحزمة حتى تحصل على عرض نطاق ترددي أكبر بمقدار 100 مرة أشياء مثيرة للاهتمام حول المحطات الأساسية أولاً ، تقوم بتطوير التكنولوجيا ومن ثم يمكنك بيعها واستخدامها في جميع أنحاء العالم.باستخدام الهاتف المحمول ، يمكنك إنشاء إصدارات مختلفة لبلدان مختلفة. "
تختلف المتطلبات للأجهزة المنتشرة في الشبكة الأساسية وفي السحابة.أحد الاعتبارات الرئيسية هو الهيكل الذي يجعل من السهل إدارة البرامج ونقل حالات الاستخدام بسهولة إلى الأجهزة.
قال ألكسندر Arm's: "النظام البيئي لمعايير التعامل مع خدمات الحاويات الافتراضية مثل OPNFV (النظام الأساسي المفتوح للمحاكاة الافتراضية لوظيفة الشبكة) مهم جدًا".ستكون أيضًا إدارة التفاعل بين عناصر الشبكة وحركة المرور بين الأجهزة من خلال تنسيق الخدمة أمرًا أساسيًا.ONAP (منصة أتمتة الشبكة المفتوحة) مثال على ذلك.يعد استهلاك الطاقة وكفاءة الجهاز أيضًا من اختيارات التصميم الرئيسية ".
على حافة الشبكة ، تتضمن المتطلبات زمن انتقال منخفض وعرض نطاق ترددي عالٍ على مستوى المستخدم واستهلاك منخفض للطاقة.
قال ألكسندر: "يجب أن تكون المسرّعات قادرة على دعم العديد من المتطلبات الحسابية المختلفة التي لا يتم التعامل معها دائمًا بشكل أفضل من خلال وحدة المعالجة المركزية للأغراض العامة".القدرة على القياس مهمة للغاية.يعد دعم البنية التي يمكن أن تتسع بسهولة بين ASICs و ASSPs و FPGAs أمرًا مهمًا أيضًا ، حيث سيتم توزيع الحوسبة المتطورة عبر الشبكات من أي حجم وعلى أي جهاز.قابلية تطوير البرامج مهمة أيضًا ".
يمكن أن يتسبب 5G أيضًا في حدوث تغييرات في بنية مجموعة الشرائح ، خاصةً حيث توجد أجهزة الراديو.قال رون لومان إنه بينما يتم وضع الأطراف الأمامية التناظرية لحلول LTE على الراديو أو المعالج أو متكاملة تمامًا ، عندما تنتقل فرق التصميم إلى التقنيات الجديدة ، فإن تلك الواجهات الأمامية عادةً ما تخرج من الشريحة أولاً ثم تعود إليها مرة أخرى .مع تقدم التكنولوجيا هو ، مدير التسويق الاستراتيجي لـ Synopsys IoT.
قال لومان: "مع ظهور 5G ، من المتوقع أن تلعب أجهزة الراديو المتعددة ، والتقنيات الأكثر تقدمًا ، والعقد التكنولوجية الأكثر تقدمًا والأسرع مثل 12 نانومتر وما فوق دورًا مهمًا في المكونات المتكاملة"."هذا يتطلب محولات البيانات التي تدخل في الواجهة التناظرية لتكون قادرة على التعامل مع عينات جيجا في الثانية.الموثوقية العالية مهمة دائمًا أيضًا.عوامل مثل الطيف المفتوح واستخدام Wi-Fi تجعل الأمر أكثر صعوبة مما كان عليه في الماضي.إن محاولة التعامل مع كل هذا ليس بالمهمة السهلة ، ويمكن أن يكون التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي مناسبين تمامًا للقيام ببعض الأعمال الشاقة.وهذا بدوره يؤثر على البنية ، حيث إنه لا يحمّل المعالجة فحسب ، بل يحمّل أيضًا الذاكرة ".
يوافق طومسون من الإيقاع."نظرًا لأننا نطور 5G أو IoT لمعايير 802.11 أعلى وحتى بعض اعتبارات ADAS ، فإننا نحاول تقليل استهلاك الطاقة ، وأن نكون أرخص ، وأن نكون أصغر ونزيد الأداء من خلال الانتقال إلى عقد أصغر.قارن ذلك بمزيج من مخاوفك ، الذي لوحظ في روسيا الاتحادية."كلما صغر حجم العقد ، أصبحت الدوائر المتكاملة أصغر.لكي يستفيد IC بشكل كامل من حجمه الأصغر ، يجب أن يكون في حزمة أصغر.هناك دفعة لجعل الأشياء أصغر حجمًا وأكثر إحكاما ، لكن هذا ليس بالشيء الجيد ".لتصميم RF "."... في المحاكاة ، لا أقلق كثيرًا بشأن تأثير الدائرة على التوزيع.إذا كان لدي قطعة من المعدن ، فقد تبدو مثل المقاوم قليلاً ، لكنها تبدو وكأنها مقاومة في جميع الترددات.إذا كان تأثير التردد اللاسلكي ، فهو خط نقل ، سيبدو مختلفًا اعتمادًا على التردد الذي أرسله عبره ، وسيتم تشغيل هذه الحقول في أجزاء أخرى من السلسلة. نعم ، تزداد درجة الاتصال أضعافًا مضاعفة ، فعندما أصل إلى العقد الأصغر ، تصبح تأثيرات الاقتران هذه أكثر وضوحًا ، مما يعني أيضًا أن جهد التحيز أصغر ، لذا فإن الضوضاء لها تأثير كبير لأنني لا أحيز الجهاز لأسفل. الجهد المنخفض ، نفس مستوى الضوضاء له تأثير أكبر. العديد من هذه المشاكل موجودة على مستوى النظام في 5G. "
تركيز جديد على الموثوقية اتخذت الموثوقية معنى جديدًا في الاتصالات اللاسلكية حيث يتم استخدام هذه الرقائق في تطبيقات السيارات والصناعية والطبية.لا يرتبط هذا عمومًا بالاتصالات اللاسلكية ، حيث يُنظر إلى فشل الاتصال أو تدهور الأداء أو أي مشكلة أخرى قد تعطل الخدمة بشكل عام على أنها مشكلة وليست مشكلة أمنية.
قال Roland Jahnke ، رئيس أساليب التصميم في Fraunhofer EAS: "نحتاج إلى إيجاد طرق جديدة للتحقق من أن رقائق السلامة الوظيفية ستعمل بشكل موثوق"."كصناعة ، لم نصل إلى هناك بعد.نحن نحاول هيكلة عملية التطوير الآن.نحتاج إلى النظر في كيفية تفاعل الأجزاء والأدوات ، ولدينا الكثير من العمل لضمان الاتساق ".
وأشار Jahnke إلى أن معظم المشاكل حتى الآن كانت بسبب خطأ تصميم واحد."ماذا لو كان هناك حشرات أو ثلاثة؟يجب أن يخبر المدقق المصمم عن الخطأ الذي يمكن أن يحدث وأين توجد الأخطاء ، ثم يتراجع عنها أثناء عملية التصميم ".
لقد أصبحت هذه مشكلة كبيرة في العديد من الأسواق الحرجة للسلامة ، والمشكلة الكبرى مع اللاسلكي والسيارات هي العدد المتزايد باستمرار من المتغيرات على كلا الجانبين.يقول أوليفر كينج ، كبير موظفي التكنولوجيا في Moortec: "يجب تصميم بعضها بحيث تكون دائمًا في وضع التشغيل"."النمذجة في وقت مبكر يمكن أن تتنبأ بكيفية استخدام الأشياء.من الصعب التكهن.سيستغرق الأمر بعض الوقت لمعرفة كيفية عمل الأشياء ".
مطلوب شبكة القرية.ومع ذلك ، يشعر عدد كافٍ من الشركات أن 5G لها فوائد كافية لتبرير الجهود المبذولة لبناء البنية التحتية اللازمة لإنجاح كل شيء.
قال مجدي أبادير ، نائب رئيس التسويق في Helic ، إن الاختلاف الأكبر مع 5G سيكون سرعات البيانات المقدمة."يمكن لشبكة 5G أن تعمل بسرعات تتراوح من 10 إلى 20 جيجابت في الثانية.يجب أن تدعم البنية التحتية نوع معدل نقل البيانات ، ويجب أن تعالج الرقائق هذه البيانات الواردة.بالنسبة لأجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال في النطاقات التي تزيد عن 100 جيجابايت ، يجب أيضًا مراعاة التردد.في الاتحاد الروسي ، يتم استخدامها بتردد 70 جيجاهرتز للرادارات وما شابه ذلك ".
يعد إنشاء هذه البنية التحتية مهمة معقدة تمتد عبر عدة روابط في سلسلة توريد الإلكترونيات.
قال أبادير: "السحر الذي يتم الحديث عنه لتحقيق ذلك هو محاولة القيام بالمزيد من التكامل على الجانب اللاسلكي من شركة نفط الجنوب".التكامل مع مكونات ADC و DAC التناظرية مع معدل أخذ عينات مرتفع للغاية.يجب دمج كل شيء في نفس شركة نفط الجنوب.لقد رأينا التكامل وناقشنا قضايا التكامل ، ولكن هذا يبالغ في كل شيء لأنه يضع هدفًا عاليًا ويجبر المطورين على التكامل أكثر مما كان يعتقد سابقًا.من الصعب جدًا عزل كل شيء وعدم التأثير على الدوائر المجاورة ".
من وجهة النظر هذه ، فإن 2G هي في الأساس نقل صوتي ، بينما 3G و 4G هي نقل بيانات أكثر ودعم أكثر كفاءة.على العكس من ذلك ، تمثل 5G انتشار الأجهزة المختلفة والخدمات المختلفة وعرض النطاق الترددي المتزايد.
قال مايك فيتون ، المخطط الاستراتيجي وأخصائي تطوير الأعمال في Achronix: "تتطلب نماذج الاستخدام الجديدة مثل النطاق العريض المتنقل المحسّن والاتصال بزمن انتقال منخفض زيادة بمقدار 10 أضعاف في عرض النطاق الترددي".بالإضافة إلى ذلك ، من المتوقع أن تصبح تقنية 5G مهمة للغاية بالنسبة إلى V2X ، وخاصة للجيل القادم من 5G.سيحتوي الإصدار 16 من 5G على URLLC وهو أمر مهم جدًا لتطبيقات V2X.تطبيق نوع الشبكة.
غالبًا ما يُنظر إلى التخطيط لمستقبل غير مؤكد لـ 5G على أنه سلسلة من صيغ التفضيل مع عرض نطاق ترددي أكبر بمقدار 10 أضعاف وزمن انتقال 5 مرات وأجهزة أكثر بـ5-10 أضعاف.هذا معقد بسبب حقيقة أن الحبر في مواصفات 5G ليس جافًا جدًا.هناك دائمًا إضافات متأخرة تتطلب المرونة وتتحول إلى قابلية البرمجة.
"إذا كنت تأخذ في الاعتبار الحاجتين الكبيرتين لرابط بيانات الأجهزة بسبب النطاق الترددي العالي والحاجة إلى المرونة ، فهذا يعني أنك ستحتاج على الأرجح إلى نوع من SoC أو ASIC المخصص الذي يتمتع بقدر أكبر من قابلية البرمجة بين الأجهزة والبرامج.... إذا نظرت إلى كل منصة 5G اليوم ، فجميعها تعتمد على FPGAs لأنك لا ترى الإنتاجية.في مرحلة ما ، من المرجح أن تنتقل جميع الشركات المصنعة للمعدات الأصلية اللاسلكية الرئيسية إلى طاقة ASIC للبرامج الأكثر اقتصادا ومحسّنة ، ولكنها تتطلب المرونة والقيادة لتقليل التكلفة واستهلاك الطاقة.يتعلق الأمر بالحفاظ على المرونة حيث تحتاجها (في FPGAs أو FPGAs المضمنة) ثم إضافة وظائف حيثما أمكن لتحقيق أقل تكلفة واستهلاك للطاقة ".
يوافق Tate of Flex Logix.تعمل أكثر من 100 شركة في هذا المجال.الطيف مختلف والبروتوكول مختلف والرقائق المستخدمة مختلفة.ستكون شريحة المكرر محدودة بدرجة أكبر في الطاقة على جدران المبنى ، حيث قد يكون هناك مكان تكون فيه eFPGA أكثر قيمة ".
قصص ذات صلة طريق Rocky Road إلى 5G إلى أي مدى ستستمر هذه التقنية اللاسلكية الجديدة ، وما هي التحديات التي لا يزال يتعين التغلب عليها؟يواجه الاختبار اللاسلكي تحديات جديدة إن ظهور تقنيات الجيل الخامس وغيرها من التقنيات اللاسلكية الجديدة يجعل الاختبار أكثر صعوبة.يعد الاختبار اللاسلكي أحد الحلول الممكنة.تيك توك: ماذا تعني 5G ، المعيار اللاسلكي الجديد ، لصناعة التكنولوجيا وما هي التحديات التي تنتظرنا.بدء سباق معدات اختبار 5G لا يزال الجيل التالي من التكنولوجيا اللاسلكية قيد التطوير ، لكن بائعي المعدات مستعدون لاختبار 5G في عمليات النشر التجريبية.
أحرزت الصناعة تقدمًا في فهم كيفية تأثير الشيخوخة على الموثوقية ، لكن المزيد من المتغيرات تجعل من الصعب إصلاحها.
تستكشف المجموعة إمكانات المواد ثنائية الأبعاد ، وذاكرة NAND ذات 1000 طبقة ، والطرق الجديدة لتوظيف المواهب.
يشكل التكامل غير المتجانسة والكثافة المتزايدة في العقد الأمامية بعض التحديات الصعبة والشاقة لتصنيع وتعبئة الدوائر المتكاملة.
يعد التحقق من صحة المعالج أكثر صعوبة من ASIC ذي الحجم المماثل ، وتضيف معالجات RISC-V طبقة أخرى من التعقيد.
جمعت 127 شركة ناشئة 2.6 مليار دولار ، مع تمويل كبير تم جمعه من خلال الاتصال بمركز البيانات والحوسبة الكمومية والبطاريات.
أحرزت الصناعة تقدمًا في فهم كيفية تأثير الشيخوخة على الموثوقية ، لكن المزيد من المتغيرات تجعل من الصعب إصلاحها.
يمكن أن تؤثر التصميمات غير المتجانسة وعدم التطابق الحراري في حالات الاستخدام المختلفة على كل شيء بدءًا من الشيخوخة المتسارعة وحتى التزييف وفشل النظام.
يضيف معيار الذاكرة الجديد فوائد كبيرة ، لكنه لا يزال باهظ التكلفة ويصعب استخدامه.قد يتغير هذا.
الوقت ما بعد: مارس - 16-2023