次世代のワイヤレス テクノロジにはさまざまな課題がありますが、そのペースが遅くなることはありません。
このテクノロジーは、非常に高いデータ レート、4G LTE よりもはるかに低いレイテンシ、およびセル サイトごとに大幅に増加したデバイス密度を処理する能力を誇っています。つまり、車載センサー、IoT デバイス、そしてますます増えている次世代エレクトロニクスによって生成される大量のデータを処理するのに最適なテクノロジです。
この技術の背後にある原動力は、モバイル ネットワーク事業者が同様のスペクトル割り当てでより高い効率を達成できるようにする新しいエア インターフェイスです。新しいネットワーク階層により、特定のトラフィック ニーズに基づいて複数のタイプのトラフィックを動的に割り当てることができるため、セグメント化された 5G ネットワークでの作業が容易になります。
ケイデンスのカスタム IC および PCB グループの RF ソリューション アーキテクトである Michael Thompson は、次のように述べています。「どのくらいの速さで大量のデータを取得できますか?もう 1 つの利点は、これが動的なシステムであるため、チャネル全体または複数の帯域幅チャネルを結び付ける手間が省けることです。これは、アプリケーションによっては、オンデマンドのスループットに似ています。これは何。したがって、前世代の標準よりも柔軟です。さらに、その容量ははるかに高くなっています。」
これにより、日常生活、スポーツ イベント、産業、輸送における新しいアプリケーションの可能性が開かれます。「飛行機に十分な数のセンサーを搭載すれば、それを制御できます。また、機械学習のようなアプリケーションを使用して、部品、システム、またはプロセスをいつ修理または交換する必要があるかを理解し始めるでしょう」とトンプソン氏は述べています。「つまり、国を飛行する飛行機があり、ラガーディアに着陸しようとしています。待ってください、誰かが来て交換します。これは、非常に大規模な土工設備や、システムが自動で管理する採掘設備に当てはまります。これらの数百万ドルのユニットの機器がクラッシュするのを防ぎたいので、部品が送られるのを待ってそこに座っていません.数千のこれらのユニットから同時にデータを受信します.多くの帯域幅が必要です.また、情報をすばやく取得するための低遅延。折り返して何かを送り返す必要がある場合は、非常に迅速に送信することもできます。」
1 つのテクノロジー、複数の実装 5G という用語は、最近さまざまな方法で使用されています。最も一般的な形では、これはセルラー ワイヤレス技術の進化であり、新しいサービスを標準の無線インターフェイスで管理できるようになると、Arm のインフラストラクチャ ビジネスのワイヤレス マーケティング ディレクターである Colin Alexander 氏は説明しています。「いくつかの既存および新しい周波数が割り当てられ、サブ 1 GHz のトラフィックを長距離、郊外およびより広い範囲で伝送し、26 ～ 60 GHz のミリ波トラフィックを新しい大容量で低遅延のユース ケースに伝送します。」
次世代モバイル ネットワーク アライアンス (NGMN) などは、三角形の 3 つのポイントでのユース ケースを表す表記法を開発しました。1 つの角は強化されたモバイル ブロードバンドで、もう 1 つの角は超信頼性の低遅延通信 (URLLC) です。通信機の種類。それぞれのニーズに合わせて、まったく異なるタイプのネットワークが必要です。
「これは、コア ネットワークを定義するという 5G の別の要件につながります」と Alexander 氏は述べています。「コア ネットワークは、これらのさまざまな種類のトラフィックすべてを効果的にスケーリングします。」
彼は、モバイル ネットワーク オペレーターが、クラウド内の標準的なコンピューティング ハードウェアで実行される仮想化およびコンテナー化されたソフトウェア実装を使用して、ネットワークの最も柔軟なアップグレードと拡張を提供するために取り組んでいると述べました。
URLLC トラフィック タイプに関しては、これらのアプリケーションをクラウドから管理できるようになりました。ただし、これには、一部のコントロールとユーザー機能をネットワークのエッジ、つまりエア インターフェイスに近づける必要があります。たとえば、セキュリティと効率の理由から低遅延ネットワークを必要とする工場のインテリジェント ロボットを考えてみましょう。これには、コンピューティング、ストレージ、アクセラレーション、および機械学習機能を備えたエッジ コンピューティング ブロックが必要であり、すべてではないが一部の V2X および自動車アプリケーション サービスにも同様の要件があると Alexander 氏は述べています。
「低レイテンシーが必要な場合は、処理を再びエッジに移動して、V2X ソリューションの計算と通信を行うことができます。アプリケーションが駐車場やメーカーの追跡などのリソース管理に関するものである場合、コンピューティングはバルク クラウド コンピューティングになる可能性があります。」デバイスで」、–彼は言いました。
5G 向けの設計 5G チップの設計を担当する設計エンジニアにとって、パズルには多くの動くピースがあり、それぞれに独自の考慮事項があります。たとえば、基地局での主な問題の 1 つは消費電力です。
Flex Logix の CEO、Geoff Tate は次のように述べています。「現在、それらは多くの電力を消費し、多くのスペースを占有する SerDes を使用して設計されています。ASIC にプログラマビリティを組み込むことができれば、SerDes をオフチップで高速に実行する必要がなく、プログラマブル ロジックと ASIC 間の帯域幅が広がるため、電力消費とフットプリントを削減できます。Intel は、Xeon と Altera FPGA を同じパッケージ 帯域幅が 100 倍になる 基地局の興味深い点 最初に技術を開発し、それを世界中で販売して使用することができます。携帯電話があれば、国ごとに異なるバージョンを作成できます。」
コア ネットワークとクラウドに展開されたデバイスでは、要件が異なります。重要な考慮事項の 1 つは、ソフトウェアの管理とユースケースのデバイスへの移植を容易にするアーキテクチャです。
「OPNFV (Open Platform for Network Function Virtualization) などの仮想化コンテナ サービスを処理するための標準のエコシステムは非常に重要です」と、Arm の Alexander 氏は述べています。「サービス オーケストレーションを通じて、ネットワーク要素間の相互作用とデバイス間のトラフィックを管理することも重要です。ONAP (Open Network Automation Platform) はその一例です。消費電力とデバイスの効率も重要な設計上の選択肢です。」
ネットワーク エッジでの要件には、低遅延、高ユーザー レベル帯域幅、および低消費電力が含まれます。
「アクセラレータは、汎用 CPU では常に最適に処理できるとは限らない、さまざまな計算要件を簡単にサポートできる必要があります」と Alexander 氏は述べています。スケーリングする能力は非常に重要です。ASIC、ASSP、FPGA の間で簡単に拡張できるアーキテクチャのサポートも重要です。エッジ コンピューティングは、あらゆる規模のネットワークやあらゆるデバイスに分散されるためです。ソフトウェアのスケーラビリティも重要です。」
5G は、チップセット アーキテクチャ、特に無線が配置されている場所にも変化をもたらす可能性があります。Ron Lowman 氏によると、LTE ソリューションのアナログ フロントエンドは無線、プロセッサ、または完全に統合されていますが、設計チームが新しいテクノロジに移行する場合、これらのフロントエンドは通常、最初にチップから出て、次にチップに戻ります。 .テクノロジーの進歩に伴い シノプシスの IoT 戦略的マーケティング マネージャーである He です。
「5G の出現により、複数の無線、より高度な技術、および 12nm 以上のようなより高速で高度な技術ノードが、統合されたコンポーネントで重要な役割を果たすことが期待されています」と Lowman 氏は述べています。「これには、アナログ インターフェイスに接続するデータ コンバーターが 1 秒あたりギガサンプルを処理できる必要があります。高い信頼性も常に重要です。オープン スペクトルや Wi-Fi の使用などの要因により、以前よりもはるかに困難になっています。これらすべてに対処しようとするのは簡単なことではありません。機械学習と人工知能は、困難な作業の一部を行うのに適しています。これは、処理だけでなくメモリにも負荷をかけるため、アーキテクチャに影響を与えます。」
Cadence の Thompson 氏も同意見です。「より高い 802.11 規格に対応するために 5G または IoT を開発し、一部の ADAS の考慮事項でさえも、より小さなノードに移行することで、消費電力を削減し、より安く、より小さく、パフォーマンスを向上させようとしています。それを、ロシア連邦で観察された懸念の組み合わせと比較してください」と彼は言いました。「ノードが小さくなると、IC も小さくなります。IC が小さいサイズを最大限に活用するためには、パッケージを小さくする必要があります。より小さく、よりコンパクトにしようという動きがありますが、それは良いことではありません。」RF設計用」。「…シミュレーションでは、回路が分布に与える影響についてはあまり心配していません。私が金属片を持っている場合、それは少し抵抗器のように見えるかもしれませんが、すべての周波数で抵抗器のように見えます.それが RF 効果である場合、それは伝送ラインであり、送信する周波数に応じて異なるように見えます.これらのフィールドは、チェーンの他の部分でトリガーされます.今、すべてを互いに近くに集めました。小さいノードに到達すると、これらのカップリング効果がより顕著になり、バイアス電圧が小さくなることも意味します。デバイスにバイアスをかけないため、ノイズは大きな影響を与えます。電圧が低いほど、同じノイズ レベルでも影響が大きくなります。これらの問題の多くは、5G のシステム レベルに存在します。」
信頼性への新たな焦点 これらのチップが自動車、産業、および医療アプリケーションで使用されるにつれて、ワイヤレス通信において信頼性が新しい意味を持つようになりました。これは通常、ワイヤレス通信とは関係ありません。ワイヤレス通信では、接続障害、パフォーマンスの低下、またはサービスを中断させる可能性のあるその他の問題は、一般に、セキュリティの問題ではなく不便と見なされます。
「機能安全チップが確実に機能することを検証する新しい方法を見つける必要があります。「業界として、私たちはまだそこにいません。現在、開発プロセスを構築しようとしています。パーツとツールがどのように相互作用するかを調べる必要があり、一貫性を確保するために多くの作業が必要です。」
Jahnke 氏は、これまでのところ、ほとんどの問題は 1 つの設計ミスが原因であると述べています。「バグが 2 つまたは 3 つある場合はどうなりますか?検証者は、何がうまくいかず、バグがどこにあるかを設計者に伝え、設計プロセス中にそれらを元に戻す必要があります。」
これは、安全性が重要視される多くの市場で大きな問題となっています。ワイヤレスと自動車の大きな問題は、双方の変数の数が増え続けることです。Moortec の CTO である Oliver King 氏は次のように述べています。「事前にモデリングすることで、物事がどのように使用されるかを予測できます。予測するのは難しいです。物事がどのように機能するかを確認するには時間がかかります。」
村のネットワークが必要です。しかし、十分な数の企業が、5G には、すべてを機能させるために必要なインフラストラクチャを構築する努力を正当化するのに十分なメリットがあると感じています。
Helic のマーケティング担当副社長である Magdi Abadir 氏は、5G との最大の違いは、提供されるデータ速度であると述べています。「5G は、毎秒 10 ～ 20 ギガビットの速度で動作します。インフラストラクチャはデータ転送速度のタイプをサポートする必要があり、チップはこの着信データを処理する必要があります。100 GB を超える帯域の受信機と送信機の場合、周波数も考慮する必要があります。ロシア連邦では、レーダーなどで 70 GHz の周波数に使用されています。」
このインフラストラクチャの作成は、エレクトロニクス サプライ チェーンの複数のリンクにまたがる複雑な作業です。
「これを実現するために話されている魔法は、SoC の RF 側でより多くの統合を行おうとすることです」と Abadir 氏は述べています。非常に高いサンプリング レートを備えたアナログ ADC および DAC コンポーネントとの統合。すべてを同じ SoC に統合する必要があります。統合を見て、統合の問題について議論してきましたが、これはすべてを誇張しています。なぜなら、それは高い目標を設定し、開発者に以前に考えられていた以上の統合を強いるからです。すべてを分離し、隣接する回路に影響を与えないようにすることは非常に困難です。」
この観点から、2G は主に音声伝送であり、3G と 4G はより多くのデータ伝送とより効率的なサポートです。それどころか、5G はさまざまなデバイス、さまざまなサービス、および帯域幅の増加を表しています。
Achronix の戦略プランナー兼事業開発スペシャリストである Mike Fitton は、次のように述べています。さらに、5G は V2X、特に次世代の 5G にとって非常に重要になると予想されます。5G リリース 16 には、V2X アプリケーションにとって非常に重要な URLLC があります。ネットワーク型アプリ。
5G の不確実な将来の計画は、10 倍の帯域幅、5 倍の遅延、および 5 ～ 10 倍のデバイスを伴う一連の最上級と見なされることがよくあります。これは、5G 仕様のインクがあまり乾燥していないという事実によって複雑になります。柔軟性を必要とし、プログラマビリティに変わる最新の追加が常にあります。
「高帯域幅と柔軟性の必要性によるハードウェア データ リンクの 2 つの大きなニーズを考慮に入れると、ハードウェアとソフトウェアの間でより多くのプログラマビリティを備えた何らかの専用の SoC または ASIC がおそらく必要になるでしょう。…今日のすべての 5G プラットフォームを見ると、スループットが見えないため、すべて FPGA に基づいています。ある時点で、すべての主要なワイヤレス OEM は、より経済的で最適化されたソフトウェア ASIC 電源に移行する可能性がありますが、コストと消費電力を削減するには、柔軟性と推進力が必要です。それは、必要な場所 (FPGA または組み込み FPGA) に柔軟性を維持し、可能な限り機能を追加して、コストと消費電力を最小限に抑えることです。」
Flex Logix の Tate 氏も同意見です。「この地域では 100 社以上の企業が活動しています。スペクトルが異なり、プロトコルが異なり、使用されるチップが異なります。リピータ チップは、eFPGA がより価値のある場所である可能性がある建物の壁では電力がより制限されます。」
関連ストーリー 5G への困難な道 この新しいワイヤレス技術はどこまで進み、どのような課題が残っているのでしょうか?ワイヤレス テストが直面する新たな課題 5G やその他の新しいワイヤレス テクノロジの出現により、テストはさらに困難になっています。ワイヤレス テストは、考えられる解決策の 1 つです。Tech Talk: 新しいワイヤレス規格である 5G がテクノロジー業界にとって何を意味し、どのような課題が待ち構えているか。5G テスト機器の競争が始まる 次世代のワイヤレス テクノロジはまだ開発中ですが、機器ベンダーはパイロット展開で 5G をテストする準備ができています。
業界は経年劣化が信頼性に与える影響について理解を深めてきましたが、変数が増えるほど修正が難しくなります。
このグループは、2D 材料、1000 層の NAND メモリ、および人材を雇用する新しい方法の可能性を探っています。
フロントエンド ノードの異種統合と高密度化は、IC の製造とパッケージングに困難で困難な課題をもたらします。
プロセッサの検証は、同程度のサイズの ASIC よりもはるかに難しく、RISC-V プロセッサはさらに複雑なレイヤーを追加します。
127 のスタートアップ企業が 26 億ドルを調達し、データセンター接続、量子コンピューティング、バッテリーから多額の資金が調達されました。
業界は経年劣化が信頼性に与える影響について理解を深めてきましたが、変数が増えるほど修正が難しくなります。
異種の設計、さまざまなユースケースでの熱の不一致は、経年劣化の加速からワーピング、システム障害まで、あらゆることに影響を与える可能性があります。
新しいメモリ規格は大きなメリットをもたらしますが、依然として高価で使いにくいものです。これは変更される可能性があります。
投稿時間: 2023 年 3 月 16 日