הדחיפות סביב הדור השישי (6G) רשתות אלחוטיות היא מחוספסת, מונעת על ידי יישומים אשר באופן יסודי לוכדים את האינטראקציה של מחשב אנושי-מחשב (בניגוד לשינויים הדור הקודם, 6G שואפת לפעול מעבר ל- Sub-terahertz (sub-THz) ו teraization (THGz) GHz עד 3Hz), טווח תדר המציע רוחב פס עצום אך מעורר אתגרים קיצוניים עבור עיצוב חיצוני, אשר הוא גורם בטווח של מיקרו-סגולה, עם ביצועים זעירים, אשר הוא עדיין גבוה יותר, עם ביצועים מיקרוסקופיים, בטווח של מיקרו-סגול, עם ביצועים סטנדרטיים, כלומר, עם ביצועים זעירים, בטווח של microt סטנדרטיים, תוך כדי שינוי מיקרו-יתר, כלומר, עם ביצועים זעירים, תוך כדי שינוי מינימלי, תוך כדי ביצוע של microt סטנדרטיים, עם ביצועים זעירים, 100 ספקטרום של microt סטנדרטיים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ביצועים איטי, 000, 000, 000, 000, 000 ביצועים איטי, 000 ביצועים איטי, 000

המיקוד הספציפי על D-band (110-170 GHz) ו- H-band (220-330 GHz) אינו שרירותי.חלונות התדרים הללו תואמים להפחתה אטמוספירית, מה שהופך אותם קיימא עבור מרחקי קישור סלולריים של עד 300-500 מטרים, בתנאי רווח אנטנה משמעותי ניתן להשיג.

דרישות בלתי צפויות של 6G על מיקרואלקטרוניקה

המעבר מ-5G ל-6G שונה באופן איכותי מהקפיצים קודמים.5G דחוסה במידה רבה את הביצועים של טכנולוגיות CMOS קיימות באמצעות דרוג ומדורגות חכמות. 6G, עם זאת, דוחף נגד הגבולות הפיזיים של סיליקון.בדרים מעל 100 GHz, הכניעה הטפילטית וההתנגדות של טרנזירים סטנדרטיים יוצרים הפסדים משמעותיים, מה שהופך את זה קשה לייצר מספיק כוח או להשיג מושג רעש סביר.

כדי לעמוד במסגרות IMT-2030 הבינלאומי של איגוד התקשורת (ITU) IMT-2030, הקובע את החזון של 6G, transceivers חייבים לתמוך במדדים קיצוניים:0[1][1] שערי נתונים שיא 1 צפויים להגיע ל-200 Gbps, הדורש רוחב פס מיידי של כמה ג'יגההרץ שניתן רק למצוא בלהקות תת-THZ Latency של מטרות אלה, כלומר, בטווח הארוך ביותר, 0.

שקול את האתגר המתהווה ישירות. תחנת בסיס 6G עשוי לכלול 1024-element או אפילו מערך של 4096-elementd. integrating 4096 המלא של רשתות transceivesive מלא (PA, LNA, משמרת שלב, אטנדר, גל) לתוך מודול חד-צדדי הוא אתגר מיקרו-אלקטרוניקה עצום.

מערכת אדריכלות חלוקת

מנקודת מבט ארכיטקטונית של מערכת, השאלה של חלוקת עולה.האם אנו משתמשים במגש דיגיטלי (גמישות מקסימלית, צריכת חשמל מקסימלית), אנמדן אנלוגי (כוח נמוך יותר, גמישות נמוכה יותר), או במגבת היברידית (פשרה)? הקונצנזוס הנוכחי נוטה לעבר מזכר היברידי עבור הדור הראשון של 6G חומרה, אך התקדמות בעוצמה נמוכה, במהירות גבוהה DAC ו- ADC הם דוחפים את הביצועים הדיגיטליים באופן מלא של חומרים דיגיטליים.

מהפכת חומרים Semiconductor עבור Sub-THz ו-THz

שום חומר מוליכים למחצה יחיד מושלם עבור כל שרשרת 6G transceiver. בעוד עיבוד בסיס דיגיטלי יישאר התחום של CMOS בקנה מידה אגרסיבי (למשל, 3nm ומתחת), החזית האנלוגיה והרדיו דורש חומרים עם תכונות נפרדות.המדדים העיקריים הם ניידות, התמוטטות מתח, ו מוליכות תרמית.

גליום ניליד (GaN) ואינטייום גאלונל ארנסן (InGaAs)

גאן כבר ביסס את עצמו בתשתיות 5G עבור צפיפות החשמל גבוהה ויעילות שלה.עבור 6G, GaN-on-SiC נדחק לתוך ה- D-band (110-170 GHz) ומעבר לכך, מתח ההתמוטטות הגבוה שלו מאפשר לתפוקה גבוהה יותר של מגברי חשמל (PAs), אשר קריטי עבור להתגבר על אובדן הנתיב הגבוה בתדרים THz.

Indium Phosphide (InP) for Ultimate Speed

מעבר לג'ון וסיג'ה, Indium Phosphide (InP) HBTs ו HEMTs נשארים תקן הזהב להשגת מהירויות הטרנזיר הגבוהות ביותר (ft מעבר 1 THz) InP הוא קריטי במיוחד עבור אווסצילטורים ומיקסרים כי חייב לפעול ישירות בלהקות THz. עם זאת, InP ושבריריות יותר מסיליקון או GaN, מה שהופך ביצועים גדולים של אינטגרציה עם חומרים סיליקון-DRM באופן פעיל.

סיליקון גרמניום (SiGe) BCMOS

עבור יישומים הדורשים איזון בין ביצועים ומורכבות אינטגרציה, SiGe BiCMOS משמש כטכנולוגיית גשר.זה מאפשר heterojunction bi קוטבי transistors (HBTs) עם טרה / fmax מעל 500 GHz כדי להיות משולב לצד לוגיקה CMOS סטנדרטי.זה אטרקטיבי במיוחד עבור מעגלים משולבים-חתימה מעורבב כמו ADCs במהירות גבוהה ו DACs הדרושים כדי להפוך רוחב פסים מסיבית.

פיתוח חומרים 2D עבור אלקטרוניקה גמישה ו Ultra-Fast

במבט קדימה, חומרים כמו גרפן ומעבר dichalcogenides מתכת (TMDs) כגון Molybdenum disulfide (MoS2) מציעים אספקטיות נושאת ענק עצום, בעוד עדיין בשלב המחקר, מכפילים בתדרים מבוססי גרפן וגלאים הוכיחו את הפעולה עד כמה THz, הפוטנציאל עבור טרנספורמטיבי גמיש, שקוף או לביש 6Gceivers הוא רב עוצמה עבור ייצור זה המשיך, למרות ההשקעה משמעותית, למרות זה נשאר.

שילוב מתקדם וחבילה: הדרך למיניסטרציה

טרנזירים קטנים יותר, מהירים יותר הם חסרי תועלת אם הם לא יכולים להיות מחוברים בצפיפות ומגניבים.מיניון של המערכת דורש יציאה מאריזות 2D מסורתיות. צוואר הבקבוק הקישור - שבו הפסדים אות בין שבבים הם משמעותיים - הוא מכשול גדול כי אריזה מתקדמת ישירות כתובות.

שילוב heterogeneous ו 3D Stacking

שילוב heterogeneous הוא הנוהג של assembling בנפרד מרכיבים המיוצרים לתוך האסיפה ברמה גבוהה יותר (SiP), מתן גמישות רבה וביצועים. עבור 6G transceivers, זה אומר ערימה של GaAs או GaN RF חזית ישירות על גבי ספקטרום ביניים SiGe (IF) אשר עצמו ערימה על מעבד דיגיטלי עמוק-nanCMOS.

התעשייה מתמזגת סביב סטנדרטים פתוחים לשילוב שבבים, כגון Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) FLT:0[4]03FLT:1 .עבור 6G Transceivers, זה אומר חברה יכולה לתכנן שבב רדיו מיוחד GaN מיוחד, סיGe IF שבבים, ו- CMOS דיגיטליlet, המחוברת באמצעות מחסניות גבוהה מתקדמת אריזה, ללא סיכון מיקרו-אוטומטי יעיל של Microsoft.

אינטגרציית אנטינה-אין-עין (AiP) ושילוב מטא-ביטפני

בתדרי THz, אורך הגל הוא בטווח תת-מילימטר, כלומר אנטנות עצמן הופכות מיקרוסקופיות.ההתקדמות הטבעית היא לשלב אותן ישירות לתוך חבילת השבבים (AiP) או אפילו על סיליקון למות עצמו (AoC) מודרני עיצובים AiP עבור 6G לנצל עיגולים מורכבים המאפשרים להטמיעו מערךים בשלבי עם מאות, או אפילו אלפי אלמנטים.

מעגלי-Level Breakthroughs for Next-Gen Transceivers

ברמת המעגל הבסיסית, כמה חידושים מאפשרים את הקפיצה ל-6G. חידושים אלה מתמקדים ביצירת כוח, המרת אותות, ותיקון פגמים בתדרים שבהם סיליקון נכשל באופן מסורתי.

Power Generation and Amplification at THz Frequencies

יצירת כוח תפוקה משמעותי מעל 100 GHz הוא קשה לשמצה. Semiconductor מקבל ירידה כמו גישות תדירות Transistor רגל. חוקרים יש לחדש עם שרשראות מכפיל תדירות שלוקחות אות כוח נמוך יותר, גבוה עוצמה גבוהה לייצר הרמוניות בטווח THz. על כוח המגבר כוח, ארכיטקטורות דורטי ומפיץ מגבר להתנצלות מותאמת מותאמים להפעלה תת-TH כדי למקסם את היעילות עבור המכשיר המוגבל.

כוח נמוך, מהירות גבוהה של גינויים דיגיטליים

רוחב הפס העצום של אותות 6G לשים לחץ עצום על מגרי אנליסטים-to-Digital (ADCs) מסורתי Nyquist-rate ADCs י לצרוך כמויות בלתי מוגבלות של כוח במקום, 6G transceiver מתמקדת ב- ADCs המרגיעה את ה-ADCs כדי לזרז את הנטל ואת האדריכלות המבוללות בתדרים המפרקים את האות הרחב לתוך דרישות נמוכות יותר, וניתן לנהל באופן ישיר microLTcate דיגיטלי (Felect) ל-Felecticial (מתאים ל-Felect) הוא .

ניווט באתגרים המרכזיים: Thermal, Test, and Design Complexity

כאשר מרכיבים מתכווץ ופועלים בתדרים גבוהים יותר, חוקי הפיזיקה כופים מגבלות חמורות.הנושא הדוחק ביותר הוא ניהול תרמי. a GaN כוח מגבר הפועלים ב-D-band יכולים לייצר גלי חום מעל 1 קילוואט / ס"מ בתוך ימות כי הוא רק כמה מ"מ רחב יותר.

הכחשת ההכחשה והמשבר של חזבאללה

מארגן 6G transceiver דורש שילוב של חומרים מרובים עם אפקטיביות שונה של הרחבה תרמית (CTE) על אחד למות או חבילה. תהליך ייצור זה מגדיל באופן דרמטי את צפיפות הפגם בהשוואה שבב מונוליטי סטנדרטי CMOS. a יחיד סיכה אחת בממשק אג"ח או מיקרו-חל ב TSV יכול להפוך מודול יקר ללא תועלת.

בדיקות וציור בקבוקי בקבוק

בדיקות ואפיון מציבים עוד מערכי בקבוק קריטיים.מקושרי קואקסיאלי וכבלים אינם יכולים לפעול בתדרים THz. תחנות Wafer-probHz חייבות להיות מצוידות עם מרחיבי תדר מתקדמים, ומערכת בדיקות אוויר (טא) נעה לתוך תאים ניכוכיים המסוגלים לטפל אותות תת-THz.העיצוב דורש גם גישה חדשה ל- EDA כלים הם אלקטרומגנטיים (EM), סימולציה תרמית לתוך סימולציה ממוחשבת, וסימולציה משולבת ישירות לתוך מחשבת.

טרנספורמציות סוציו-אקונומיות ותעשייתיות ניתנות ל-Miniaturized 6G Transceivers

כאשר טרנזצ'יברס מתכווץ לגודל של גרגר אורז או כתם גמיש, היישומים הפוטנציאליים שלהם מתפוצץ.אנחנו יכולים לצפות להתכנסות של תקשורת, רגישות ויכולות הדמיה במודול כוח נמוך אחד.

  • (FLT:0)Digital Reality ו- Extended Reality (XR): ibph:1 , Truly immersive מציאות מוגברת ראשי מציאות מוגברת דורש נתונים מסיביים באמצעות לוח וכבדות נמוכה כדי להפוך תאומים דיגיטליים פוטו-ריאליסטיים בזמן אמת. ⁇ THz מיני בלתי רווי יכול לספק את הקישור האלחוטי בין ההתחלה של המשתמש לבין קצה הענן, חיסול של tethertetherstraer ו-Fiaturating משוב אפילפטי.
  • (FLT:0) מתקדם MedTecheur: 1FLT:1 Implantable 6G transceivers יכול לאפשר ניטור ביולוגי מתמשך, נאמנות גבוהה, חיבור ממשקים עצביים, אסתטיקה חכמה, ו אנדוסקופים בלע לרשתות הבריאות עם נאמנות חסרת תקדים ואבטחה.
  • (FLT:0)Autonomous Systems:FLT:1 כלי רכב ורחפנים מסתמכים על היתוך חיישן חזק. A THz Transceiver יכול לשמש קישור תקשורת משולב ומד"מ הדמיה ברזולוציה גבוהה, המאפשר כלי רכב "לראות" באמצעות ערפל ואבק בעת שיתוף נתונים עם כלי רכב אחרים (V2X).
  • (FLT:0) סביבות חכמות: 1FLT) הדהים מיליוני טרמפיסטים בלתי נראים, ללא סוללות לתוך חומרי בניין, משטחי כבישים, תשתיות מאפשר ערים אינטליגנטיות באמת שיכולות לחוש דיקור, יושרה מבנית, ותנאים סביבתיים בזמן אמת.
  • מפעל מלא 6G transceivers יכול ליצור עותק דיגיטלי דינמי, בזמן אמת של כל קו ההרכבה עבור סימולציה, תחזוקה חיזוי ואופטימיזציה. היתוך זה של תקשורת וחישה (JCAS) הוא תכונה מוגדרת של דרישות transcerive 6G.

הדרך Ahead: A Convergence of Disciplines

הדרך אל ערימה קטנה לחלוטין של 6G transceiver היא לא רק עניין של דרוג מרכיבים קיימים.זה דורש חשיבה יסודית של ערימה transceiver - ממדע החומרים ופיזיקה של המכשיר למחצה, דרך אדריכלות מעגלית, אריזה ועיצוב ברמה מערכתית.זה פריצות דרך מוצלח ביותר מתרחשות בצומת: חומרים שמשתפים פעולה עם מעצבי RF כדי לייעל את GaN-on-SiC, תהליך ארכיטקטוני יעיל עם ארכיטקטורת תהליכים דיגיטליים.

המסחר של 6G בשנות ה -2030 לא יגדיר על ידי "אפליקציית killer", אלא על ידי היכולת הבסיסית של הרשת.היכולת הזו נחה לחלוטין על המיקרואלקטרוניקה בתוך ה- transceiver.השינוי מעיצובים גדולים, דיסקרטיים כדי להפוך הישגים זעירים, משולבים באמצעות חומרים heterogeneous ו- 3D אריזה מתקדמת הוא האתגר ההנדסי של העשור הבא על ידי ספקטרום דיגיטלי, ו- 6G באמת, חומרים של מערכות, אשר יהיורדינטוסת חומרים, אשר יהיו בלתי-ה של חומרים כימיים, ו-ה, אשר יהיו בלתי-ה של מערכות של ממש, ו-ה של מערכות של מערכות-התיקים של מערכות של מערכות-החדשניות של מערכות של מערכות דיגיטליות, אשר יהיו בלתי-התות של מערכות-התות של מערכות של מערכות-החדשניות, ו-החדשניות של מערכות-החדשניות, ו-החדשניות, אשר יהיו קיימות, אשר יהיו קיימות, אשר יהיו קיימות, אשר יהיו קיימות, אשר יהיו קיימות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות הגשר, אשר יהיו קיימות, אשר יהיו קיימות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות של מערכות גשר, אשר יהיו קיימות,