ככל שהפיתוח של טכנולוגיית 6G מאיץ, הביקוש לאלקטרוניקה אולטרה-נמוך הופך קריטי יותר.החידושים האלה שואפים להאריך את חיי הסוללה, להפחית את צריכת האנרגיה, ומאפשרים מכשירים בר-קיימא ויעילים יותר.עם 6G צפוי לספק שיעורי נתונים עד 1 Tbps, עצלות מתחת ל -100 מיקרו-שניות, וקישוריות מסיבית למיליארדי של נקודות, את טביעת הרגל האנרגיה של חומרה צריכה להיות משמעותית, אך ורק בטכניקות של אנרגיה, הן לא מייצגות, אלא רק שיפור משמעותי, והן לא מוגדרות, והן לא רק אלקטרוניקה.

חשיבותה של Ultra-low Power Electronics ב-6G

רשתות 6G מבטיחות מהירויות וקישוריות חסרות תקדים, אבל הן דורשות חומרה מתקדמת שיכולה לפעול ביעילות עם כוח מינימלי. Ultra-low Power Electronics הן חיוניות למכשירים לבישים, לאינטרנט של דברים (IoT) וטלפונים סלולריים, להבטיח זמני הפעלה ארוכים יותר וצמצום ההשפעה הסביבתית. Beyond the Consumer gadgets, 6G תאפשר רשתות חיישן מסיביות עבור חקלאות חכמה, ניטור בריאות מבני, מעקב סביבתי, אוטומציה תעשייתית ואוטומציה תעשייתית של מספר רב של מספר שנים של חשמל ל-בטווח נמוך, כמו גם כן, כמו גם עבור חשמל מופחת ל-microG-S, כמו גם עבור חשמל מופחת ל-xto-HD נמוך, כמו גם עבור חשמל מופחת לחלוטין, כמו מיקרו-HD נמוך, כמו גם עבור חשמל מופחת עבור חשמל מופחת עבור חשמל מופחת, כמו מיקרו-אט-xto-T.

יתר על כן, תחנות הבסיס עצמן תכלול אלפי אלמנטים אנטנה עבור MIMO מסיבית ו beamforming בתדרים גבוהים יותר (sub-THz ו-THz) כל אלמנט וממיר האנלוגי-ל-דיגיטלי שלה חייב לצרוך כוח מינימלי כדי לשמור על כוח מערכת הכולל ניהולי.ללא שיפורים רדיקליים ביעילות כוח, 6G תשתיות יכול להפוך יקרי באופן בלתי חוקי לפעול.

(הופנה מהדף [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]] [[

חומרים מתקדמים ל- Ultra-low Power Operation

במשך עשרות שנים, CMOS קנה מידה מספקת שיפורים במקביל בביצועים וכוח.עם זאת, כמו ממדים טרנסיסטורים ניגשים לגבולות אטומיים, סיליקון פרצופים ירידה בתשואות יעילות כוח. עבור 6G מכשירים - השתתפות בתדרים עד 300 GHz - הבחירה של חומר מוליכים למחצה הופכת קריטית. כמה חומרים מתעוררים מציעים צריכת חשמל נמוכה יותר, ניידות גבוהה יותר, או היכולת לשלב פונקציות פוטוניות ואלקטרוניות על שבב זהה.

גליום ניליד (GaN)

גליום ניטרה כבר הדגישה את המניפסטים העתידיים ב-5G, אך הפוטנציאל שלה לתקני כוח אולטרה-נמוך 6G הוא רחב יותר. GaN-on-Si ו- GaN-on-SiC מאפשר למתח התמוטטות גבוה, ניידות גבוהה אלקטרון, ו מוליכות תרמית מעולה (GN) מאפשר לגנסיסטורים לפעול במתחים נמוכים יותר מאשר סיליקון, ובכך לספק את אותה כוח, ובכך להפחית את צריכת חשמל דינמית ל- 30.

Metal Dichalcogenides (TMDs)

חומרים דו-ממדיים כמו molybdenum disulfide (MoS2) ו tungsten diselenide (WSe2) הופיעו כמועמדים מבטיחים עבור טרנסיסטורים כוח אולטרה-נמוך (MoS2) ו- tungsten diselenide) ו- 1D-Ratepine-upal-F-Fstras-to-upal-upal-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-upal כוח גדול של זרם (R) יכולים לפתח את הפחתת ה-pine-pine-pine-pine-pine-upal Power Wasteation) ל-pine-pine-pine-pine-pine-pine-pine-upal-upal-pine-upal-upal-pine-Fs-upal-upal-upal-upal-upitine-upitine-uptances-upal-uptine-uptine-uptine-uptine-uptine-uptine-upal-upal-up-up-

סיליקון גרמניום (SiGe) ו-Comound Semiconductors

טכנולוגיית SiGe BiCMOS מציעה קרקע ביניים בין חומרי סיליקון טהור ו III-V. על ידי שילוב גרמניה לבסיס של טרנזיסטורים דו קוטביים, מהנדסים יכולים להשיג תדרי חיתוך גבוהים יותר (fT > 500 GHz בתהליכים מודרניים SiGe) עם גישה גבוהה יחסית חוסם כוח. SiGe הוא אטרקטיבי במיוחד עבור 6G חזיתות ועיגולים מעורבים שבו הן מהירות והן מהירות, כמו אינטגרציה (Gate) באופן דומה, לעומת זאת, 000) עם שבבים עם שבבים אולטרה- in atra- in atraicericeric).

אנרגיה וניהול כוח

אין דיון על אלקטרוניקה אולטרה-נמוך ללא התייחסות מהיכן האנרגיה מגיעה.בטריקים נותר דומיננטי אבל יש להם יכולת מוגבלת ואפקט סביבתי. אספקת אנרגיה (הנקראת גם אנרגיה מתפתלת) טכנולוגיות מאפשרות ל- 6G מכשירים ללכוד אנרגיה מאור, חום, רטט, או גלי רדיו, ובכך להאריך את החיים התפעוליים או לחסל סוללות לחלוטין.

▪ אנרגיה חשמלית קצירת

(Pazelectric Transducers להמיר מתח מכני מטען חשמלי.עבור 6G מכשירים לבישים, תנועה גוף - הליכה, נדנדה זרוע, פעימות לב - ניתן לקצור כדי לייצר עשרות עד מאות מיקרו-וואטים. חידושים בחומרים כמו להוביל zirconate iPhone (PZT) ופולימרים אדפטיים גמישים (למשל, PVDF) יש שיפור כוח וחדשנות עמידות גבוהה יותר.

גנרטורים (TEGs)

גנרטורים הירומאלקטריים מנצלים את גלי החום כדי לייצר חשמל באמצעות אפקט Seebeck.במכשירי 6G, ההבדל הטמפרטורה בין הגוף האנושי (3 ° C) ואוויר מתחרה (20-30 מעלות צלזיוס) יכול לספק חשמל מתמשך - באופן זמני עשרות עד מאות מיקרואט לסנטימטר מרובע, כמו גם חיישנים אלחוטיים 2Gs המבוססים על דו-תמיקול (Bi2Te3) או מודפסים עבור חומרים אורגניים כמו מנועים קטנים.

תדירות רדיו (RF) Harvesting

אנרגיה RF קצירת לכידת קרינה אלקטרומגנטית היברידית מ-Wi-Fi, סלולרי או מקורות שידורים. בעוד שרמות כוח הן בדרך כלל מאוד נמוכות (nanoוואט למיקרווואט נמוך), ההתקדמות האחרונה בעיצוב של אנטנה (rectifying אנטנה) ומקורות אולטרה-עוצמה נמוך יותר לשלב את הנקה יעילה יותר עבור תגים וחיישנים פסיביים.

שיטות עיצוב מעגל נמוך עוצמה

מעבר לחומרים ומקורות אנרגיה, ארכיטקטורת המעגל ממלאת תפקיד מכריע בהשגת כוח אולטרה-נמוך. מעצבים מעסיקים מגוון של טכניקות למזער הן את צריכת האנרגיה הדינמית וה סטטית ב- 6G מכשירים.

מחשוב ליד-Threshold Computing (NTC)

טרנסיסטורים תפעוליים במתחי אספקה קרוב למתח הסף (Vth) מפחית באופן דרסטי את צריכת החשמל - על ידי גורם של 5-10 בהשוואה למבצע מתח נומינאל. ב NTC, הכוח הדינמי (CV2f) מופחת בגלל V הוא נמוך יותר, וחילוץ כוח גם יורד עקב עומס מופחת של כוח אספקת קיבולת מופחתת, עם זאת, ביצועים מופחת; ולכן NTC הוא אידיאלי עבור 6G הוא משימות רגישות (לא קיבולת לחץ דם).

המונחים:

לוגיקה Adiabatic (או אנרגיה-recovery) שואפת להפחית את האנרגיה מתפזר במהלך המעבר על ידי מחזור המטען מאוחסן ב capacitances. במקום לזרוק מטען באדמה, מעגלים אמביטטיים משתמשים באספקת כוח AC כדי לגבות בהדרגה ושחרור נודים.theoretly, מעגלים adiabatic יכול לגשת אפס אנרגיה הפעלה, אבל יישום מעשי להשיג 10x על פני אינטגרציה נמוכה, 000 חיישנים, יכול להיות בשימוש על ידי טקטיקות לחץ דם לוגיים.

אדריכלות: Asynchronous and Event-Driven Architectures

מעגלים סינכרוניים מבזבזים כוח על חלוקת השעון והחלפתם מיותרת גם כאשר אין נתונים מעובדים. מעגלי Asynchronous (ללא שעון) המופעלים רק כאשר הם נדרשים, חיסול כוח עץ השעון.עיצובים מונעים על ידי אירועים מונעים על ידי אירועים הם טבעיים עבור חיישני IoT 6G שנשארים רדום רוב הזמן להתעורר רק כדי לשדר או לעבד אירוע. Power-gating ו-reited שעון סטנדרטי, אבל באופן מלא ידיים מסונכרוניות יכולות להפחית אותות נמוכים יותר, כי הם מסוגלים לזרזים יותר, כי הם מסוגלים לזרזים של 6GV.

מצבי שינה וחובה על אופטימיזציה

אפילו המעגל היעיל ביותר יבזבז כוח אם הוא תמיד יהיה ער.עבור מכשירים 6G, מצבי שינה אינטליגנטיים ורכיבי אופניים חובה הם הכרחיים להאריך את חיי הסוללה על ידי פקודות גודל.

Ultra-Low-Power Wake-Up מקבל (WuRx)

מקלט ערה ייעודי יכול להקשיב לאות רדיו ספציפי בעוד transceiver הראשי מופעל. 6G WuRx חייב לפעול בעוצמה נמוכה מאוד (sub-1 μW) תוך שמירה על רגישות לזהות אותות חלשים מתחנת בסיס.עיצובים אחרונים משתמשים בזיהוי או תדירות שינוי משמעותי עם קווי רדיו פסיביים. לדוגמה, ווRx מבוסס על שכבה של אפס-ידי תחנת בסיס של אפס-מאט יכול לגרום ל-ק של כוח זה יכול להיות מסוגל להזיז של 100 שנים.

ניהול שינה-מדינה

מיקרובקרים מודרניים מציעים מספר מצבי שינה (אשרלו שינה, שינה עמוקה, חיבר מולד, ומחוצה לו) מכשיר 6G יכול לעבור בין מדינות אלה על בסיס דפוסי תנועה חזופים.אלגוריתמים של למידת מכונות יכולים ללמוד משתמשים או התנהגות חיישן לחזות זמנים מתעוררים ולהתאים את עומק השינה.לדוגמה, מעקב בריאותי לביש עשוי להישאר בשינה עמוקה במהלך הלילה, מתעורר כל 10 דקות למדידה, ולאחר מכן מעבר רדום בשעות שינה גבוהות יותר: ACM.

חובה על אופניים עבור Transceiver וחיישנים

ברשתות IoT, מחזור החובה - השבריר של הזמן מכשיר פעיל - יכול להיות נמוך כמו 0.1% או נמוך יותר. עבור 6G מסיבי מכונות מסוג תקשורת (mMTC), מכשירים עשויים לשדר רק כמה חתכים ליום.חובה על אופניים רדיו, חיישן לפני קצה, ומעבד חייב להיות מסונכרן כדי למנוע מעלים.

חידושים של מערכת: בינה מלאכותית ואינטגרציה

אלקטרוניקה אולטרה-נמוך חשמל עבור 6G אינם רק על רכיבים בודדים - אופטימיזציה ברמת המערכת מציעה רווחים משמעותיים.אינטליגנציה מלאכותית (AI) יכולה לנהל דינמיות הקצאת כוח, בחירת אנטנה, ותכניות מודולציה המבוססות על תנאי ערוצים ודרישות תנועה.

ניהול כוח AI-Driven Power Management

(TinyML) פועל על microcontrollers יכול לחזות עומס עבודה, להתאים מתח / ⁇ דרוג, ולשלוט מצבי שינה בזמן אמת. עבור 6G לחיצת יד, AI יכול ללמוד אילו יישומים משמשים בדרך כלל במקומות מסוימים (בית, משרדים, נסיעה) ועברת משאבים לפני כן, כדי להשיג כוח נמוך.

שילוב heterogeneous ו- Chiplet Architectures

במקום לבנות שבב אחד מחומר אחד, שילוב heterogeneous להרכיב שבבים - קטן מת אופטימיזציה לפונקציות שונות (לוגיקה דיגיטלית, אנלוגיה, זיכרון, RF) - על אחד מתווך או החבילה משותף, זה מאפשר לכל פונקציה להשתמש בתהליכים אופטימליים שלה (למשל, צ'יפ אקספרס עבור PA, SiGe עבור P, CMOS עבור בסיס פס), צמצום כוח כולל של UCD.

עתידים ואתגרים

בעוד התקדמות משמעותית נעשתה, אתגרים נשארים שילוב של חידושים אלה למכשירים 6G בעלי ערך המוני, בעיות כגון יציבות חומרית, עלויות ייצור, תאימות עם תשתיות קיימות יש לטפל.עם זאת, מחקר מתמשך מבטיח עתיד שבו אלקטרוניקה בעוצמה נמוכה יהיה בסיסי ל- 6G טכנולוגיה, המאפשר מכשירים חכמים יותר, בר קיימא יותר ברחבי העולם.

אחריות ועלויות

GaN-on-Si הוא יקר יותר מסיליקון, ו- TMDs עדיין ניסיוני במידה רבה. ייצור גבוה כרכים עם תשואה מקובלת הוא חיוני. בדומה, קצירי אנרגיה חייבים להיות יעילים לשילוב - באופן אידיאלי הם צריכים לעלות פחות מאשר מכשיר חד פעמי לתגי IoT.התקדמות באלקטרוניקה מודפסת וגלגל למעבדות יכול להוריד עלויות עבור יבולים גמישים וחיישנים.

אחריות וחיים

יציבות חומרית תחת לחץ RF ממושך, רכיבה על טמפרטורה ולחות נותרה דאגה.עבור TMDs, השפלה סביבתית וחמצן מגע יכול לקצר את חיי המכשיר. קצירי אנרגיה חשופים לתנודות או שינויים בטמפרטורה חייבים לשמור על ביצועים במשך שנים.

סטנדרט והתאמה

תקני 6G (הצפוי עד 2030 על ידי ITU ו 3GPP) חייבים לכלול הוראות עבור מצבי כוח אולטרה-נמוך. אותות Wake-up, גלפורים יעילים באנרגיה (למשל, שלDM עם נמוך PAPR), ופרוטוקולים במשקל אולטרה-אור עבור IoT נמצאים תחת דיון. גישה מופרעת עלולה לעכב את האימוץ.

ניהול תרמי ב Dense

כאשר מכשירים הופכים קטנים יותר ויותר משולבים, הסרת חום הופכת קשה.ל-נמוך כוח עוזר, אבל כתמים חמים עדיין יכולים להתרחש - למשל, במערך אנטנה מגובש.טכניקות קירור חדשניות כגון מיקרו-השפעה משולבת או תרמי באמצעות שימוש substrates יהלומים עשויים להיות נדרשים לביצועים גבוהים 6G nodes.

מסקנה

אלקטרוניקה כוח אולטרה-נמוך אינם שדרוג אופציונלי עבור 6G - הם תנאי מוקדם.ממוליכים למחצה מתקדמים כמו GaN ו- TMDs לקצירת אנרגיה, מעגלים ליד-הרסה, וניהול מונע AI, גישה רב-פנים הוא נרדף. בעוד אתגרים בעלות, אמינות וסטנדרטיזציה להישאר, המסלול יהיה ברור: 6G מכשירים לצרוך פחות כוח באופן משמעותי מאשר 5GGG, המאפשרים למהנדסים באופן קבוע, אשר היו יכולים לספק טריליון אנרגיה, לפני כן, אשר היו יכולים להיות טריליון, כלומר, כלומר, כלומר, כי הם יכולים להיות טריליון חשמל, כי בעבר, כי הם יכולים להיות טריליון, כי הם יכולים להיות טריליון, כי הם יכולים להיות טריליון, כי הם יכולים להיות טריליון, כי הם יכולים לגרום למהנדסים, כלומר, לפני כן, כלומר, כי הם יכולים להיות טריליון חשמל, כי בעבר, כי הם יכולים להיות טריליון, כדי להבטיח טריליון חשמל, לפני כן, לפני כן, כי הם יכולים להיות טריליון חשמל, כי הם יכולים להיות טריליון, כי הם יכולים להיות טריליון חשמל, כי הם יכולים להיות, לפני כן, כי הם יכולים להבטיח טריליון, כי הם יכולים להיות טריליון, טריליון, כי הם יכולים להיות יעיל, כי הם יכולים להיות