Бездротовий зв’язок зі швидкістю оптоволокна: вчені створили чип для епохи 6G
Поки світ лише починає звикати до можливостей 5G, інженери з Університету Каліфорнії в Ірвайні вже працюють над наступним великим стрибком у розвитку зв’язку. Команда дослідників створила бездротовий чип, здатний передавати дані зі швидкістю до 100 гігабіт на секунду — це рівень, який раніше вважався досяжним лише для оптоволоконних кабелів.
Новий чип працює на частоті 140 гігагерц і може стати ключовою технологією для майбутніх стандартів 6G та ще більш просунутих систем передавання даних.
Чому звичайні чипи більше не підходять
Розробка цієї технології тривала з 2020 року. За словами керівника проєкту, професора електротехніки та комп’ютерних наук Паяма Гейдарі, команда давно усвідомлювала: класичні архітектури бездротових чипів наближаються до межі своїх можливостей.
Проблема проста і водночас критична — зі зростанням швидкості передавання даних різко зростає і споживання енергії. Якщо просто «розігнати» сучасні рішення, чипи почнуть перегріватися, а мобільні пристрої розряджатимуться за лічені хвилини.
Щоб досягти омріяної швидкості у 100 Гбіт/с без перегріву, інженерам довелося повністю переглянути підхід до побудови схем.
Як вдалося обійти енергетичний бар’єр
Сучасні передавачі формують сигнал за допомогою цифрово-аналогових перетворювачів. Але на частотах понад 100 ГГц ці компоненти стають надто складними та енерговитратними — це явище відоме як «DAC-вузьке місце».
Команда UC Irvine знайшла елегантне рішення: вони почали формувати сигнал безпосередньо в радіочастотному діапазоні. Для цього використовуються три синхронізовані підпередавачі, що працюють за технологією RF-domain 64QAM. Такий підхід дозволяє передавати значно більше даних без перегріву чипа.
Розумний приймач — друга половина прориву
Але проблема була не лише в передаванні сигналу. Приймачі також використовують аналого-цифрові перетворювачі, які на надвисоких швидкостях споживають занадто багато енергії. Це так зване «sampling-вузьке місце» робить подібні технології непридатними для смартфонів та компактних пристроїв.
Вихід знайшли у технології ієрархічної аналогової демодуляції. Як пояснює Юсеф Хассам, один з авторів розробки, сигнал спочатку «розбирається» в аналоговій формі — складні шари даних поступово відокремлюються ще до цифрової обробки. У результаті споживання енергії зменшується в рази.
Приймач, створений командою, побудований за 22-нм техпроцесом і споживає лише 230 міліват. Важливо й те, що архітектура чипа підходить для масового виробництва, а отже — для широкого впровадження.
«Бездротовий оптоволоконний кабель»
Самі розробники називають свою технологію «бездротовим оптоволоконним патч-кордом». Вона забезпечує надвисоку швидкість передавання даних без фізичних кабелів.
Працюючи в F-діапазоні — значно вище за частоти сучасного 5G — новий чип відкриває величезні можливості для дата-центрів, робототехніки та машинної взаємодії. Зокрема, він може замінити кілометри складної мідної проводки всередині серверних ферм.
За словами Гейдарі, оператори дата-центрів зможуть організовувати надшвидкі бездротові з’єднання між серверними стійками, заощаджуючи кошти на обладнанні, охолодженні та енергоспоживанні.
Крок до майбутнього зв’язку
Результати дослідження були опубліковані в IEEE Journal of Solid-State Circuits у двох окремих наукових роботах — про передавач і приймач. Це ще один доказ того, що ера 6G може настати швидше, ніж ми очікуємо, і принести із собою бездротовий зв’язок, який за швидкістю не поступатиметься оптоволокну.