6G teknolojisi gelişimi hızlandığında, ultra düşük güç elektronikleri için talep giderek kritik hale gelir. Bu yenilikler batarya ömrünü uzatmayı, enerji tüketimini azaltmayı ve daha sürdürülebilir ve verimli cihazlar geliştirmeyi hedefler. 6G'nin verileri nasıl tasarlandığını, 100 mikrosaniye altında gecikmesini ve büyük bağlantılarını geliştirmesini bekleyecek, bu makale, 6G'nin enerji güvenliğinin düşmesini sağlayacak şekilde küçültülmelidir.
Ultra-low Power Electronics'in 6G'de önemi
6G ağları, daha önce görülmemiş hızlara ve bağlantıya söz verir, ancak aynı zamanda akıllı tarım, yapısal sağlık izleme, çevresel algılama ve endüstriyel otomasyon için büyük bir sensör ağının oluşturulmasını gerektirir.Bu cihazların çoğu tek bir model cep telefonu veya tamamen hasat edilen enerjiden tasarruf etmelidir. 6G için enerji sensörü, birkaç mikrowatt sensör ağı kadar düşük olabilir - her bileşeni talep eden - her bir radyodan - her bir sürü teleskop için yıllarca çalışmalıdır.
Dahası, temel istasyonlar, güç verimliliğindeki binlerce anten elementi içerecektir ve çevresel maliyet de bir faktör olabilir: ICT sektörü zaten -% 2-3 küresel elektrik kullanımı için, ve 6G, bu şekilde paylaşılabilirliği sağlamak için en az güç tüketmelidir. Güç verimliliğinde radikal gelişmeler olmadan, 6G altyapısının da bir faktör olması gerekir: ICT sektörü hesapları için zaten -% 2-3% 6G dağıtımları için.
Anahtar sürücüler şunları içerir: (1) [[0|Dönetici-kanık cihazlar[DÜT:1) - Engelliler, tıbbi implantlar ve uzaktan sensörler sık şarj edilemez; (2) [[DÜDÜT:2|Heat dağıtım kısıtlamaları[DÜDÜDÜDÜDÜDÜSTRİYE)[değiştir | kaynağı değiştirilebilen ısıtılabilirlik[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar, 3.)
Ultra-low Power Operasyon için Gelişmiş Yarı iletken Malzemeler
On yıllardır, silikon CMOS ölçekleme performans ve güçte eşzamanlı olarak gelişmeler teslim etti. ancak, transistör boyutlara yaklaşarak, geleneksel silikon yüzleri güç verimliliğinde geri döner.6G cihazlar için - frekanslarda 300 GHz'ye kadar - yarı iletken materyal seçimi kritik hale gelir. Birkaç ortaya çıkan malzeme daha düşük güç tüketimi, daha yüksek taşıyıcılık ve elektronik işlevleri aynı zamanda çiple entegre etme yeteneği.
Gallium Nide (GaN)
Gallium Nide, 5G'de zaten güç yükselticileri devrime uğrattı, ancak ultra-düşük güç 6G cihazlarının aynı çıktı gücü teslim ederken, GaN-on-SiC teknolojileri yüksek çözünürlükte yüksek elektron hareketliliğini ve mükemmel termal iletkenliği elde edebilir.Bu özellikler GaN transistörleri daha düşük gerilimlere izin verir, böylece dinamik güç tüketimini azaltır.
Transition Metal Dichalcogenides (TMDs)
Mikro boyutlu malzemeler, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (MoS2) ve TIP diselenide (WSe2), ultra-düşük güç transistörleri için umut verici adaylar olarak ortaya çıktı. Atom kalınlığı, mükemmel elektrostatik kontrole yol açıyor, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte işlem sağlar.
Silikon Almanium (SiGe) ve diğer bileşik yarı iletkenler
SiGe BiCMOS teknolojisi, saf silikon ve III-V malzemeleri arasında orta bir zemin sunuyor.Her iki hız ve güç birbirine eleştirel bir şekilde entegre edilebilir.InP) ve modern SiGe süreçleri (GaAs) ile ultra yüksek hızlı transistörlerin ve jenerasyonların her iki hız ve güçle entegrasyonunun en iyi şekilde bir araya gelmesiyle birlikte, en iyi şekilde uyum sağlar.
Enerji ve Enerji Yönetimi
ultra-düşük güç elektroniklerinin tartışması, enerjinin nereden geldiğini ele almadan tamam değildir. Piller baskın kalır, ancak sınırlı kapasite ve çevresel etkiler vardır. Enerji hasat (ayrıca enerji söndürücü olarak adlandırılır) teknolojiler 6G cihazlarının çevre enerjisini ışık, ısı, titreşim veya radyo dalgalarının ele geçirilmesine izin verir, böylece operasyonel yaşam süresini uzatır veya pilleri tamamen ortadan kaldırır.
Piezoelektrik Enerji Enerjinin Yeniden Edilmesi
Piezoelektrik transdüserleri mekanik stresi elektrik şarjına dönüştürür. 6G giyilebilir cihazlar için vücut hareketi - asansör, kol hızları, kalp atışları - onlarca mikrowatt üretmek için hasat edilir. Düşük güç redüktörleri ve DC-DC dönüştürücüleri ile birlikte, bu tür bir güçlendiricisi için yeterince yüksek çözünürlükte bir şekilde çalışır.
Termoelektrik Jeneratörleri (TEGs)
Termoelektrik jeneratörleri, göz ardı edilen elektrik üretmek için sıcaklık derecelerini kullanır. 6G cihazları, insan vücudu (37°C) ve hava (20-30) arasındaki sıcaklık farkı, sürekli güç sağlar - karelik dönüştürücüler için yüzlerce mikrowattlık elde edilebilir. 6G izleme makinelerine dayanan, yüksek motorlarda veya baskılı organik motorlarda daha büyük bir ısı tasarrufu sağlar.
Radyo Frekansı (RF) Hasat
RF enerji hasat, Wi-Fi, hücresel veya yayın kaynaklarından çevresel elektromanyetik radyasyonu yakalamaya çalışır. Güç seviyeleri genellikle düşük mikrowattlara kadar çalışırken, son gelişmeler yeniden kullanım için yeterli bir sıcaklık sensörü ve Schottky diyotları için her birkaç dakika boyunca düşük frekanslı gerilim için mümkün hale getirir (< V)
Low-Power Devre Tasarımı Teknikleri
Malzemelerin ve enerji kaynaklarının ötesinde, devre mimarisi ultra soluklu güce ulaşmak için önemli bir rol oynar. Tasarımcılar, 6G cihazlarında hem dinamik hem de statik güç tüketimini en aza indirmek için bir dizi teknik kullanmaktadır.
Yakın zamanda, yaklaşıkThreshold Computing (NTC)
Gürültülü gerilime yakın tedarik transistörleri (Vth) büyük ölçüde güç tüketimi azaltır - bu nedenle, NTC'de, dinamik güç (CV2f) azalır, çünkü V daha düşük ve sızıntı gücü, yüklenebilir bir bariyerin azaltılması nedeniyle azalır. ancak, performans kesintileri azaltır; bu nedenle, NTC, geç sınırlı sayıdaki enerji tasarrufu için ideal 6G IoT görevleri için idealdir.
Adiabatic Logic
Adiabatic (veya enerji tasarrufu) mantığı, işlem başına enerji kesintisini azaltmak için, ancak düşük frekanslarda konvansiyonel CMOS üzerinden 10x azaltımı elde etmek yerine, adiabatik devreler, AC güç malzemeleri yavaş yavaş şarj ve deşarj düğümleri kullanır. Teorik olarak, şifreleme motorlarında sıfır enerjiye yaklaşabilir, ancak pratik uygulamalar düşük frekanslarda tekrarlanabilir.
Asynchronous ve Event-Driven Architectures
Synchronous devreler, saat dağılımında ve hiçbir veri işlemediğinde bile gereksiz bir geçiş gücü verir. Asynchronous (saatsiz) devreler sadece gerektiğinde etkinleştirilir, saat ağacı gücünü ortadan kaldırır. Olaya dayalı tasarımlar, saat boyunca 6G IoT sensörleri için, sadece bir olayı dinlemek veya işlemek için zaman ve ping sinyalleri sürekli olarak veya işlem yapmak zorunda kalır. Power-gating standarttır, ancak tamamen atekron el elektrücretsiz eller daha fazla azaltabilir.6G için uyanık-up alıcılar için, bu, bu, ağların sürekli olarak sabit bir şekilde başarılı olması gerekir.
Uyku Modu ve Duty Bisiklet Optimizasyonu
En verimli devre bile, her zaman uyanık olması durumunda gücü boşa harcar. 6G cihazlar için akıllı uyku modları ve görev bisiklet, büyük ölçüde batarya ömrünü uzatmak için gereklidir.
Ultra-Low-Power Wake-Up Alıcılar (WuRx)
Özel bir uyandırma alıcı, belirli bir radyo sinyalini dinleyebilir, ana transceiver'in gücü tükenir. 6G WuRx çok düşük güçte (sub-1 μW) çalışırken, WuRx'in geçerli bir uyandırma koduyla ilgili hataları tespit ederken, bu durumda, ortalama bir sıfırdan gelen bir WuRx'un bir bağlantı katmanına dayanan bir kontrol işlemine dayanan bir USB kutusu oluşturabilir.
Adaptif Uyku Yönetimi
Modern mikrokontroller, birçok uyku durumunu (shallow uyku, derin uyku, hibernate ve kapalı) 6G cihazı, tahmin edilen trafik modellerine dayanan bu eyaletler arasında geçiş yapabilir. Makine öğrenme algoritmaları kullanıcı veya sensör davranışını uyandırmak için öğrenebilir ve uykuyu ayarlayabilir. Örneğin, gece boyunca derin bir uykuda kalabilir, ölçüm için her 10 dakikayı uyandırabilir, o zaman aktivite daha yüksek olduğunda sığamaya geçiş. ”
Transceiver ve Sensörler için Bisiklet
IoT ağlarında, görev döngüsü - bir cihazın kesildiği zamanın kısmı aktiftir -% 0.1 veya daha düşük olmalıdır.6G büyük makine tipi iletişim (mMTC), cihazlar sadece birkaç tane atmosferik absürtün yüksek olduğu, yönlü iletimin daha düşük bir güç ve daha kısa süre boyunca şarj edilebilir.
Sistem-Level Innovations: AI ve Entegrasyon
6G için Ultra-düşük güç elektronik sadece bireysel bileşenler hakkında değil - sistem düzeyinde optimizasyon önemli kazanımlar sunar. Yapay zeka (AI) dinamik olarak enerji tahsisini, anten seçimi ve trafik talepleri üzerine kurulu modulation programları yönetebiliyor.
AI-Driven Power Management
Mikrokontroller üzerinde çalışan gömülü makine öğrenimi (TinyML) iş yükünü tahmin edebilir, gerilim/freze ölçeklendirmeyi ayarlayabilir ve altıG elet için AI'yı kullanarak, belirli yerlerde (ev, ofis, komün, komün) ve ön boş güç modundan uzaklaştırır.[TFL-X) ağ tarafında, temel istasyonlar, cihazlarla çakışmaya devam etmek için AI'yı kullanabilir.
Heterojen integral ve Chiplet Mimarlık
Bir malzemeden tek bir çip inşa etmek yerine, heterojen entegrasyon çipleri bir araya getirir - bazan için küçük ölür (dijik mantık, analog, bellek, RF) - ortak bir iç mekan veya paket.Bu, her işlevin optimal işlem teknolojisini (örneğin, GaN for PA, SiGe, PLL, CMOS for baseband), genel bir güçlendiricisi ile birlikte bağlantı kurmasını sağlar.
Future Prospects ve Kalan Challenges
Önemli ilerlemeler yapılmış olsa da, bu yenilikleri kitlesel üretilen 6G cihazlarına entegre etmek için zorluklar kalır. malzeme istikrarı, üretim maliyetleri ve mevcut altyapı ile uyumluluk ele alınması gerekir. Bununla birlikte, devam eden araştırma, ultra-düşük güç elektroniklerinin dünya çapında daha akıllı, daha sürdürülebilir cihazlara temel olacağını vaat ediyor.
Manufacturability and Cost
GaN-on-Si, silikondan daha pahalı ve TMD'ler hala büyük ölçüde deneysel. Güvenilir hasatlar ve sensörler için yüksek hacimli üretim. Benzer şekilde, enerji hasatları entegre etmek için maliyete uygun olmalıdır -ideal olarak, bir ürün için tek başına maliyetten daha az maliyete mal olmalıdır.
Güvenilirlik ve Yaşam Zamanları
Uzun RF stresi altında malzeme istikrarı, sıcaklık bisikleti ve nem endişe kalır. TMDs için çevresel bozulma ve kontaktlama kısa cihaz ömrüne maruz kalabilir. Enerji hasatçıları yıllarca performans sağlamalıdır. hızlanan yaşam testleri için özel olarak ultra-düşük güç 6G cihazları geliştirilmelidir.
Standartlaştırma ve Interoperability
6G standartları (2014'te ITU ve 3GPP tarafından göz önünde bulundurulmuş) ultra güç modları için hükümleri içermelidir. Wake-up sinyalleri, enerji verimliliğine sahip dalgalamalar (örneğin, düşük PAPR ile) ve ultra ışık ağırlığı protokolleri tartışılmaktadır.
Dense Entegrasyonu
Cihazların daha küçük ve daha entegre hale gelmesi, ısının kaldırılması zor olabilir. Ultra-low güç yardımcı olur, ancak sıcak noktalar hala oluşabilir - örneğin, anten dizilerini aydınlatmak için. Entegre mikrofluidics veya termal vias kullanarak 6G düğümleri için gerekli olabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Ultra-düşük güç elektronikleri 6G için bir seçenek değildir - bunlar bir ön şarttır. GaN ve TMD'lerin enerji hasatına, enerji kısıtlamalarına bağlı olarak daha önce imkansız hale getirilmesi ve AI odaklı yönetim, çok yönlü bir yaklaşım, 6G çağında ultra-düşük bir güç haline gelme yolundayken, bu da yörüngenin 5G cihazlarını önemli ölçüde daha az güç tüketecektir.