Прорыв в 6G: беспроводной чип UC Irvine обеспечивает 100 Гбит/с

Отправной точкой для этого масштабного проекта в 2020 году стала осознанная проблема: классические архитектуры беспроводных чипов подходили к своим пределам. Исследователи понимали, что простой "разгон" существующих решений приведет к их перегреву и быстрой разрядке мобильных устройств. Это создавало фундаментальный барьер для достижения желаемых скоростей.

Профессор электротехники и компьютерных наук Паям Гейдари, руководитель команды, осознавал, что энергопотребление является критическим фактором. С увеличением скорости передачи данных пропорционально возрастает и потребление энергии, что делает невозможным использование традиционных подходов для высоких частот.

Ключевым моментом стал отход от цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) для формирования сигнала на частотах свыше 100 ГГц, где они становятся чрезмерно сложными и энергозатратными. Это явление получило название "DAC-узкое место". Команда поняла, что нужен радикально новый подход, чтобы обойти эти ограничения.

Инженеры нашли изящное решение, начав формирование сигнала непосредственно в радиочастотном диапазоне. Они разработали систему, где три синхронизированных подпередатчика, работающих по технологии RF-domain 64QAM, позволяют передавать значительно больше данных без перегрева чипа.

Параллельным прорывом стал разработанный умный приемник. По словам Юсефа Хассама, одного из авторов, сигнал сначала "разбирается" в аналоговой форме с помощью технологии иерархической аналоговой демодуляции. Сложные слои данных отделяются еще до цифровой обработки, существенно снижая энергопотребление. Этот приемник, построенный по 22-нм техпроцессу, потребляет всего 230 милливатт.

В настоящее время эта технология, которую разработчики называют "беспроводным оптоволоконным патч-кордом", обеспечивает сверхвысокую скорость передачи данных без необходимости в физических кабелях. Она работает в F-диапазоне, значительно более высоком, чем частоты 5G, и открывает возможности для дата-центров, робототехники и систем машинного взаимодействия.

Современный мир активно внедряет технологии 5G, однако инженерная мысль уже работает над будущими стандартами, в частности 6G. Эти новые горизонты связи требуют радикальных изменений в подходах к передаче данных, поскольку традиционные методы не способны обеспечить необходимые скорости и эффективность. Стремление к 6G обусловлено растущими потребностями в скоростной передаче информации для расширенных систем Интернета вещей, автономных транспортных средств и дополненной реальности.

Результаты исследований были опубликованы в "IEEE Journal of Solid-State Circuits" в двух отдельных научных работах, которые детализируют принципы работы передатчика и приемника. Эта публикация подчеркивает научную значимость разработки и ее потенциал для широкого внедрения, учитывая, что архитектура чипа подходит для массового производства.

Паям Гейдари отметил, что операторы дата-центров смогут использовать беспроводные соединения между серверными стойками, что позволит экономить средства на оборудовании, охлаждении и энергопотреблении.

Создание беспроводного чипа со скоростью 100 гигабит в секунду является значительным шагом к будущему, где беспроводные технологии смогут полностью заменить оптоволоконные кабели во многих сферах. Это открывает путь к новому этапу развития связи, где сверхвысокие скорости и низкое энергопотребление станут нормой для всех устройств.