为什么下一阶段的细胞通信是如此困难和必要的正确。
5G的推出是一项复杂而艰巨的工作，涉及多个独立的系统，这些系统需要实时完美地运行在一起，因此很难确定哪里可能出现问题，以及如何以及何时进行测试。
投资5克这项技术已经发展了近十年，被认为是移动设备的下一个巨大增长机会——从智能手机到汽车和卡车——以及智能基础设施和城市，智能制造，甚至像农业这样的行业，可以更精确地控制自动农业设备。
不过，这一推出所涉及的挑战是重大的。尽管取得了一些初步的成功和技术进步，但这些挑战仍然没有完全解决。其中包括:
尽管存在这些问题，通信公司和设备制造商仍然相信毫米波技术是可行的。他们在这项技术上的投资反映了这种承诺，潜在的好处是巨大的。在更高的频率下，与前几代芯片相比，可以在更短的时间内传输更多的数据，而且这一切都可以用更少的功率完成。
挑战
众所周知，毫米波信号不能像4G或低于6 GHz的5G那样弯弯曲曲。随着6G无线技术的发展，这类问题将更加突出。但即使在技术达到这一阶段之前，还需要解决一些基本问题，比如测试各种组件如何工作——基站、信号扩展器(中继器)、手机或其他终端设备。
在制造过程中测试芯片的质量和可靠性是众所周知的。5G的不同之处在于，芯片也必须在其他部件和用例的背景下进行测试。这一直是一个重大挑战，因为三个关键要素都没有得到充分开发。
“每个芯片供应商都有不同的方式来测试他们的无线链路，以确保它们正常工作，并验证他们的芯片符合他们自己的质量标准，”David Vondran说Teradyne．“你还必须知道，每个供应商都有自己的策略，关于芯片在生态系统中的位置。这些都受到经济和质量的影响。您可以为高级设备测试芯片的功能，以确保接收器的灵敏度正常工作。您可能希望确保发射机在正确的频谱中工作，而不会污染任何带外性能。你可能想要在这些事情上合作。”
图1:智能手机中5g中频信号分布。来源:Teradyne
整个生态系统的协作是必不可少的。“如今，到处都有毫米波电话，但你只能在某些地区使用它们，因为基站尚未部署，”香港电讯高级业务发展经理Adrian Kwan说效果显著．“你将在未来一两年看到5G成为现实。”
在大多数地区，5G手机和基站的推出仍然参差不齐。但在未来几年，这一趋势可能会加速。例如，SK电信(SK Telecom)今年早些时候完成了一个独立5G网络的试验，该网络允许在5G速度不可用时将信号恢复到4G。当信号中断或5G基础设施不足时，这种组合是必要的。但一个巨大的挑战是如何在设备生命周期内实时测试所有这些设备的相互作用，以防止任何服务中断。
关颖珊说:“测试有两种不同的方法。“首先，有用于波束形成的导电测试的设备。也有客户在进行空中波束形成测试。”
目前市场最终走向何方还不得而知。Advantest相信，这最终将成为一种导电的ATE解决方案。Teradyne相信在线旅行社将会有很大的发展空间。目前还不清楚两者是否会被用于系统的不同部分，或者是否会有一个胜出。不过，无论哪种情况，目标都是提高可靠性和减少测试时间，最终将降低成本并提高晶圆厂的吞吐量。
不过，确保可靠性需要整个系统工作，而不仅仅是部件。在手持设备中，相控阵天线正被构建成一个system-in-package，服务质量可能会根据终端设备的使用方式和其他应用程序产生的噪音而有所不同。这需要灵活的数据优先级和智能的权力划分。
第二个挑战涉及服务的连续性。对于智能手机来说，中断可能是一个烦恼，但对于汽车应用程序或智能基础设施来说，它们可能会导致更严重的问题。
“你需要超低延迟和多链路拓扑，”Kwan说。“自动驾驶汽车非常依赖这种持续通信的设置。为了实现这一目标，客户需要在灯柱或交通灯上安装中继器。”
这又增加了另一个挑战，因为其中一些芯片是在高级节点上开发的。在极端条件下，电路会以众所周知的方式老化。他们会患上电迁移，时间依赖性介电击穿(TDDB)，或不一致的内存保留。此外，由于一系列安全更新，软件很快就会变得臃肿，这可能会影响所有这些设备的性能。
“过去，半导体进入非常受控制的环境——笔记本电脑、个人电脑和数据中心，”英特尔副总裁兼软件总经理Danielle Baptiste说上的创新．现在这种情况已经不复存在了，需要不断对监控数据进行环回，以提高可靠性。“芯片将会反馈信息，这样我们就可以开始了解一旦它在现场，是否会出现某种不可预测的结果，以及这到底意味着什么。然后我们可以开始将数据反馈到制造过程中。该领域正在发生的事情变得非常引人注目和有趣。”
这个领域也变得越来越广泛和多样化。“每个人都知道，第五代手机的优势是速度更快，”华为高级系统集成部门负责人兼高效电子产品部门主管安迪·海尼格(Andy Heinig)说弗劳恩霍夫IIS的自适应系统工程部。“我们可以达到每秒20千兆比特的速度，这是有可能的，因为有了新的频段。与老一代技术相比，我们拥有大量的输入和输出以及实时功能，这在汽车和工业应用中非常适用。如果通信速度相同，你可以节省能源，而且在汽车领域，使用车对车通信，你还可以‘看山后’和‘看转角’。”
还有一些不太明显的好处。因此，在更高频率下，这些天线的尺寸可以缩小为4 × 4阵列，并进行高级封装，而不是大型天线。而不是把所有的东西都放在一块板上，一些无源组件可以移动到这些包中，这提供了更好的性能。
质量保证
所有这些都需要在生产和包装流程中进行考察。测试只是5G涉及的众多流程之一，在这种背景下，大多数流程都变得更加复杂。DFT对于复杂的设备来说已经足够具有挑战性了，但当这些设备需要同步工作时，挑战就更大了。
同样，在其他组件的上下文中进行模拟、仿真和原型设计需要更大的数据集，以及大量的计算能力。由于这项技术的发展速度，它还需要生态系统中不同参与者之间的持续循环。
该公司产品管理和产品工程副总裁Jean-Marie Brunet说:“5G的规格经常变化，现在的6G也是我们几年前在交换机和路由器上看到的问题。西门子数字工业软件．“这要求你有一个可以修改并应用于规范的模型，并观察它的实际反应。这些设计也非常大。我们看到了很多协议开关的设计，其中有很多可能的组合。它们需要通过多种配置、规格、格式和接口进行验证。有无数种组合，唯一的方法就是通过硬件辅助验证。”
这里的挑战是比较结果可能会随着一天中的时间和周围环境条件而变化。“如果有人在午夜过马路，这将是一个非常不同的模拟，如果有人在交通繁忙的白天这样做，”布鲁内说。“根据天气情况，也会有所不同。你需要在交流中模拟这些变化。否则，您必须测试所有内容。有很多公司已经在使用5G，他们正在为自己的特殊用途进行模仿。”
图2:工业5G路由器。来源:西门子
与先进的包装这是紧凑的形状因素所必需的，潜在的问题，如模具移位和结构弱点可能不会出现，直到封装密封。虽然这似乎与智能手机的工作原理相去甚远，但如果弄错了，可能会在全球范围内产生影响。问题是如何找到它们，而在过去主要局限于研究环境或小批量制造的技术之间，正在进行一场缓慢的竞赛。这包括在封装中连接不同芯片的各种方法，以及如何进行足够深入的计量和检查，以识别潜在缺陷，同时又足够快，使其具有成本效益。
“可靠性问题不断出现，典型的答案是更多的计量，”微电子AFM主管兼业务经理Hector Lara说布鲁克纳米表面．”AFM在美国，我们看到人们的谈话开始“重新开始”。我们在包装方面做得不多，因为吞吐量要求非常严格。例如，要匹配任何其他计量工具，您需要300倍的改进，而该技术的合理吞吐量在5倍范围内。但企业发现，他们可以用AFM在包装中进行x、y、z操作，从而省去两三个其他计量步骤，随着他们扩建新晶圆厂，他们希望采用新的方法。”
结论
开发任何新技术都需要时间。早期的手机信号覆盖是不稳定的，在高速公路交通中，即使是低频信号也会定期中断，因为基站无法处理大量信号。5G的挑战不是通话中断，而是最高速度的连接可能会中断，迫使设备恢复到低频通信。
在可预见的未来，所有这些可靠性测试、模拟和持续监控都将发挥重要作用，如何为这些类型的中断和性能下降制定计划。
Teradyne的Vondran说:“这是一个多学科的问题，这是所有这一切的挑战性部分。”“在这个毫米波前沿领域，要在一个人身上找到所有这些专业知识是非常困难的。我们已经发展了多学科的专家团队——可以这么说，系统集成商——他们把自己的职业生涯都奉献给了这类工作。虽然这是过去进行的测试的延伸，但他们现在将其应用于未来的创新问题，比如波束形成天线结构。这不仅仅是一个团队。现在需要一个完整的部落。”
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