Прорив у 6G: бездротовий чип UC Irvine забезпечує 100 Гбіт/с

Відправною точкою для цього масштабного проєкту у 2020 році стала усвідомлена проблема: класичні архітектури бездротових чипів підходили до своїх меж. Дослідники розуміли, що простий "розгін" існуючих рішень призведе до їхнього перегріву та швидкого розрядження мобільних пристроїв. Це створювало фундаментальний бар'єр для досягнення бажаних швидкостей.

Професор електротехніки та комп’ютерних наук Паям Гейдарі, керівник команди, усвідомлював, що енергоспоживання є критичним фактором. Зі збільшенням швидкості передачі даних пропорційно зростає і споживання енергії, що унеможливлює використання традиційних підходів для високих частот.

Ключовим моментом став відхід від цифрово-аналогових перетворювачів (ЦАП) для формування сигналу на частотах понад 100 ГГц, де вони стають надмірно складними та енерговитратними. Це явище отримало назву "DAC-вузьке місце". Команда зрозуміла, що потрібен радикально новий підхід, щоб обійти ці обмеження.

Інженери знайшли витончене рішення, розпочавши формування сигналу безпосередньо в радіочастотному діапазоні. Вони розробили систему, де три синхронізовані підпередавачі, які працюють за технологією RF-domain 64QAM, дозволяють передавати значно більше даних без перегріву чипа.

Паралельним проривом став розроблений розумний приймач. За словами Юсефа Хассама, одного з авторів, сигнал спочатку "розбирається" в аналоговій формі за допомогою технології ієрархічної аналогової демодуляції. Складні шари даних відокремлюються ще до цифрової обробки, істотно знижуючи енергоспоживання. Цей приймач, побудований за 22-нм техпроцесом, споживає лише 230 міліват.

Наразі ця технологія, яку розробники називають "бездротовим оптоволоконним патч-кордом", забезпечує надвисоку швидкість передачі даних без потреби у фізичних кабелях. Вона працює в F-діапазоні, значно вищому за частоти 5G, і відкриває можливості для дата-центрів, робототехніки та систем машинної взаємодії.

Сучасний світ активно впроваджує технології 5G, проте інженерна думка вже працює над майбутніми стандартами, зокрема 6G. Ці нові горизонти зв’язку вимагають радикальних змін у підходах до передачі даних, оскільки традиційні методи не здатні забезпечити необхідні швидкості та ефективність. Прагнення до 6G обумовлене зростаючими потребами у швидкісній передачі інформації для розширених систем Інтернету речей, автономних транспортних засобів та доповненої реальності.

Результати досліджень були опубліковані у "IEEE Journal of Solid-State Circuits" у двох окремих наукових роботах, які деталізують принципи роботи передавача та приймача. Ця публікація підкреслює наукову значущість розробки та її потенціал для широкого впровадження, враховуючи, що архітектура чипа підходить для масового виробництва.

Паям Гейдарі зазначив, що оператори дата-центрів зможуть використовувати бездротові з’єднання між серверними стійками, що дозволить заощаджувати кошти на обладнанні, охолодженні та енергоспоживанні.

Створення бездротового чипа зі швидкістю 100 гігабіт на секунду є значним кроком до майбутнього, де бездротові технології зможуть повністю замінити оптоволоконні кабелі у багатьох сферах. Це відкриває шлях до нового етапу розвитку зв'язку, де надвисокі швидкості та низьке енергоспоживання стануть нормою для всіх пристроїв.