设计5 g芯片

5 g的无线技术的未来,它会很快来临。

技术拥有非常高速的数据传输速率,延迟远低于4 g LTE,每秒能够处理更高密度的设备单元。简而言之,它是最好的技术所产生的大量的数据,将传感器在汽车、物联网设备,越来越多的新一代电子产品。

推动这项技术是一种新的无线接口,这将使移动网络运营商与相似的频谱分配实现更高效率。新的网络层次结构将促进5 g-sliced网络,允许多个交通类型动态分配根据特定的交通需求。

说:“这是关于能力和延迟迈克尔•汤普森在定制IC射频解决方案架构师和PCB组节奏。“我得到大量数据的有多快?另一个好处是,它是一个动态系统,所以它让我没有一个完整的通道或多个通道的带宽一定忙。它更像所需的带宽,这取决于应用程序。通过这种方式,它比上一代更灵活的标准。同样的能力要高得多。”

这开辟了新的应用程序在家里,在体育赛事中,在工业和运输。“如果我有足够的传感器在一个飞机,我可以监控,和机器学习型的应用程序,它开始理解当部件或系统或流程需要维修或更换,”汤普森说。“所以一架飞机飞越国家,它会在La Guardia机场降落。之前,有消息下来,一定是显示一些磨损的迹象。所以飞机降落的那一刻,是等待,有人计划来取代它。这是非常大的挖土设备和采矿设备,在系统监控。你想阻止崩溃在这些数百万美元的设备,所以他们不会坐着等待发送一部分。还有成千上万的这些物品,你会从一次接收数据。需要大量的带宽,低延迟,快速获得信息。如果你转身送东西回来了,你可以发送回来很快,。”

一个技术,多个实现
目前,“5克”一词被用于多种不同的方式。最通用的形式,这是一个进化的蜂窝无线技术将使新服务在standards-driven无线电管理界面,科林·亚历山大解释说,无线营销主管基础设施业务手臂。“多个现有的和新的光谱将分配给携带这种流量sub-1GHz更长时间范围,sub-urban和更广泛的覆盖面,通过mmWave交通从26至60 ghz新、高容量、低延迟的用例。”

下一代移动网络联盟(NGMN)和其他组织设计了一个表示的映射用例到三分triangle-one角落代表增强移动宽带,一个代表超可靠的低延迟通信(URLLC),第三个大规模机器类型通信。每一个需要一个非常不同的类型的网络服务他们的需求。

“这导致的其他要求5 g -定义核心网络的需求,”亚历山大说。“核心网络将允许扩展能力,以有效地把所有这些不同的流量类型。”

移动网络运营商正在努力确保他们可以升级和扩展其网络尽可能灵活,利用虚拟化和集装箱软件实现商品计算硬件上运行在云中,他指出。

URLLC交通类型而言,现在可能来管理这些应用程序从云端。但这需要一些控制和用户的功能更接近网络的边缘移动,向无线电接口。考虑智能机器人在工厂,例如,安全性和效率的原因,需要低延迟的网络。需要边缘计算个计算,存储,加速度和机器学习功能被推到细胞边缘,亚历山大说,一些但不是全部V2X和汽车应用服务将有类似的需求。

“低延迟的要求,处理又可能被推到边缘,以允许V2X决策计算和传递。如果应用程序更相关的资源管理停车或制造商跟踪,然后计算可能发生在商品在云计算设备,”他说。

设计5克
设计工程师负责设计5 g芯片,在这一块有很多移动拼图,每个都有自己的考虑。基站,例如,的一个主要问题是能耗。

“大部分基站设计的主要流程节点asic和fpga,”杰夫•泰特说,公司的首席执行官Flex Logix。“现在他们设计并行转换器,使用大量的电力和占用面积。如果您可以构建可编程ASIC,消除权力和地区因为你不需要一个串并收发器芯片外跑得很快,和你有更多的带宽可编程序逻辑与ASIC。英特尔一直做这个工作站和Altera fpga在相同的包中。得到100倍的带宽。基站和一个有趣的事情是你设计技术,然后可以出售它,使用它在世界各地。有了手机,你设计不同版本不同的国家。”

设备部署在核心网络或在云中,需求是不同的。有一个很重要的因素有一个架构,允许软件很容易管理和用例很容易移植到设备上。

“一个标准的生态系统处理虚拟化,集装箱服务,比如OPNFV(开放网络功能虚拟化平台),是很重要的,”手臂的亚历山大说。“管理网络元素之间的相互作用和流动之间的交通盒通过编排的服务也将是关键。这方面的一个例子ONAP(开放网络自动化平台)。能耗和设备的效率也是一个关键设计选择。”

在网络的边缘,需求包括低延迟、高用户平面的吞吐量和低功率。

“可以轻松支持许多不同的计算需求的加速器,不一定需要在通用cpu处理最有效,”亚历山大说。“扩展能力SoC设备之间通过多个芯片和chassis-mounted设备是很重要的。同样重要的是支持架构,可以很容易地规模之间的ASIC, ASSP fpga设计,边缘计算通过网络将填充以来不同大小或设备。软件可扩展性也很重要。”

5 g芯片组架构也会产生变化,特别是在收音机坐着。同时为LTE模拟前端解决方案放在收音机,处理器,或完全集成,当设计团队迁移到新技术通常离开芯片,然后芯片上随着技术的成熟,物联网战略营销经理罗恩·洛曼说Synopsys对此。

“5克将会有多个无线电,更先进的技术,同时更快和更前沿的技术节点,如12海里,预计为集成块中扮演着重要的角色,”洛曼说。“这需要giga-sample-per-second能力数据转换器,进入模拟前端。高可靠性是非常重要的。从加工的角度来看,复杂性远远高于它过去由于诸如聚合频道,波束形成,不同的光谱许可由不同的实体——甚至开放频谱和WiFi的杠杆。尝试处理所有这是一个强烈的挑战,在机器学习和人工智能可能适合做一些繁重的工作。这反过来影响架构,因为这不仅压力加工,但是记忆。”

节奏的汤普森表示同意。”我们在前进发展中为5克或802.11标准较高的物联网,甚至一些ADAS考虑,我们试图使它较低的权力,更便宜、更小,而提高生产规模较小的节点。结合射频问题你会看到的,”他说。“随着节点小,IC变小。为了使集成电路充分利用越来越小,进入一个更小的包。一切都是开车的事情越来越紧缩在一起,但这对射频设计不好。在模拟我没有太多担心分布式布局的影响。如果我有一块金属,它可能看起来像一个阻力,但它看起来像阻力频率。如果它是一个射频效应,那么这是一个输电线路看起来不同,这取决于频率我发送它。这些字段将推出其他部分的电路。 Now I’m making everything closer together, and as that happens, the coupling goes up exponentially. These coupling effects are getting more pronounced as I get to smaller nodes, which also means the biasing voltages are smaller. So noise is a bigger effect, because I’m not biasing a device at the higher voltage. At the smaller voltage, the same amount of noise has a larger effect. Many issues like this come in at the system level for 5G.”

新关注可靠性
可靠性以新的含义在无线为这些芯片是用于汽车、工业和医疗应用程序。这并不是通常与无线通讯,在连接故障,性能的降低,或任何其他的问题,可以中断服务通常被视为一种不便多一个安全问题。

“我们需要找到新的方法来验证芯片用于功能安全可靠地工作,”罗兰Jancke说,部门主管设计的方法弗劳恩霍夫东亚峰会。“我们还没有作为一个行业。我们现在努力构建开发过程。我们需要看零件和工具的交互,我们仍然有很多工作要开发一致性。”

Jancke指出,大部分的问题到目前为止都集中在一个设计错误。“如果有两个或三个缺点?验证人需要教育设计师什么可能会出错,错误在哪里,然后滚回通过设计过程。”

,成为一个重大担忧的安全关键市场,使用无线+汽车和大问题是变量的数量继续增加。“其中一些需要设计成在所有时间,”奥利弗·王说,首席技术官Moortec。提前“建模这个工作,你可以预测事情将会被使用。但如果你看一个微处理器,它取决于如何使用软件,这是很难预测的。这需要时间,了解它们是如何工作的。”

需要一个网络的村庄
仍然,足够的公司相信有足够的好处从5 g的努力保证建立的基础设施需要做所有这些工作。

5克的大的区别是它提供的数据速率,表示Magdy Abadir,负责营销的副总裁Helic。“5克10至20 gb每秒。基础设施支持的数据类型移动速率,和芯片来处理这些数据。也有接收机和发射机的频率考虑100 gb-plus乐队。射频人习惯于70 ghz雷达之类的东西。”

创建这个基础设施是一个令人生畏的壮举,它跨越多个领域的电子产品供应链。

“魔法在谈论这一切发生的是做更多的努力在SoC集成的射频,“Abadir说。“人民制造芯片在战壕里,让这一现实正在谈论与模拟组件集成所有这些射频组件adc和dac,具有很高的采样率。一切都需要集成到相同的SoC。我们看到集成和我们讨论过一体化的挑战,但这放大一切,因为它设定了一个高目标和挤压的设计师甚至超过了先前所认为的集成。是非常具有挑战性的把所有孤立和不影响邻近电路。”

从另一个角度看,2 g的声音,在3 g和4 g更多关于数据和更高效的支持。相比之下,5 g代表一个扩散不同的设备,不同的服务和带宽的增加。

“有增加10倍所需的带宽,是增强移动宽带和新的使用模型,如低延迟连接,”Mike Fitton说,战略规划和业务发展Achronix。”也,预计5 g为V2X变得非常重要,尤其是新一代5克。版本5的16 g将URLLC, V2X应用程序很重要。另一个方面涉及大规模机械化的连接——物联网应用,大量的设备连接。”

规划一个不确定的未来
5克经常讨论一系列的最高级,带宽增加了10倍,5倍减少延迟和5倍到10倍数量的设备。这是更加困难的墨水不太干5 g规范。总有添加,需要转换成可编程性和灵活性。

“如果你看看这些两大需求需要的硬件数据管道由于高吞吐量,并需要灵活性,这意味着你可能需要一些专用SoC或ASIC,它有许多硬件和软件编程。今天如果你看看每5 g平台,它们都是基于fpga今天因为你只是看不到的吞吐量。在某种程度上,这是非常可能的,所有的大型无线oem厂商将朝着asic,得到更多的优化成本和权力,但有需要灵活性加上开车向低成本和权力。是关于保持灵活性,你需要它(在FPGA或嵌入式FPGA),然后在可能的情况下,硬化函数来获得成本最低和权力。”

Flex Logix的泰特对此表示赞同。“有100多公司在这个领域工作。光谱是不同的,协议是不同的,所使用的芯片是不同的。中继器芯片,将有更多的约束掌权在建筑的墙上,这可能是一个地方,eFPGAs有更高的价值。”

编者斯珀林对此报道亦有贡献。

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