Altıncı nesil (6G) kablosuz ağların etrafındaki acil durum, temel olarak insan bilgisayar etkileşimi sunan uygulamalar tarafından yönlendirilebilir, 6G, mikroelektronik içinde meydana gelen sessiz bir dönüşümle ilgili olarak, temel yenilikler olmadan, 3 THz'ye kadar, büyük bant genişliği sağlayan ve sabit olmayan cihazlarla, donanım tasarımı için aşırı zorluklar sunar.
D-band (110-170 GHz) ve H-band (220-330 GHz) üzerindeki özel odak, onları 300-500 metreye kadar hücresel bağlantı mesafeleri için uygun hale getirmek, önemli bir anten kazancı elde etmek için mümkün değildir. Bu makale fiziksel olarak büyük bir ses geçirmez dizileri veya çok yüksek verimlilik gerektirir.
Mikroelektroniklerdeki 6G'nin Unprecedented Talepleri
5G'den 6G'ye geçiş, önceki atlardan niteliksel olarak farklı. 5G büyük ölçüde mevcut CMOS teknolojileri ölçeklendirme ve akıllı kirişlenme yoluyla sıkıştırdı. 6G, silikonun fiziksel sınırlarına karşı iter. 100 GHz'in üzerindeki baskılarda, standart transistörlerin direnç ve direnci önemli kayıplar yaratır, yeterli miktarda verim elde etmek veya makul bir gürültü figürü elde etmek zorlaşır.
Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) IMT-2030 çerçevesi ile tanışmak için, bu sadece alt-THz gruplarında bulunabilecek birkaç gigaherif bant genişliğine ulaşmak bekleniyor.
Aydınlatma zorluklarını doğrudan düşünün. 6G üssü istasyonu 1024-element veya 4096-element fazd dizileri ile entegre edebilir. 4096 tamamen işlevsel transceiver zincirler (PA, LNA, faz kayması, tek bir modüle kadar, muazzam bir mikroelektronik meydan okumadır.Her zincir sıcaklık ve işlem boyunca mükemmel bir şekilde maça ve faza bağlanır.Bu sürücülere tam olarak hassas bir şekilde giriş yapmak için ihtiyaçtır.
Sistem Mimarisi Katılımcılık
Sistem mimarisi perspektifinden, bölümleme sorusu ortaya çıkıyor. Tüm dijital kirişli kirişler (maksimum esnekliği, maksimum güç tüketimi), analog kirişler (düşük güç, daha düşük esneklik), veya karma kirişler (akonaklama)? Mevcut fikir şu anda 6G donanımını temel alan dijital işlem için hassas bir şekilde doğrultuşturuyor, ancak düşük güçteki ilerlemeler ve ADC'ler endüstriyi tamamen dijital alt-arışınlara doğru itiyor.
Sub-THz ve THz Operasyonları için Yarı Yarı Yarısı Malzeme Devrimi
Tek yarı iletken malzeme 6G transceiver zinciri için mükemmel değildir. Dijital bazband işleme agresif olarak ölçeklenmiş CMOS (örneğin, 3nm ve aşağıda), analog ve RF ön uçları farklı özelliklerle malzeme gerektirir. anahtar metrikler elektron hareketliliği, gerilim ve termal iletkenlik alanı olarak kalacaktır.
Gallium Nide (GaN) ve Indium Gallium Arsenide (GaAs)
GaN, yüksek güç yoğunluğu ve verimliliği için 5G altyapısında kendini zaten kurdu. 6G için GaN-on-SiC, D-band'ı (0-170 GHz) ve daha fazla şarj gücü ile D-band'ı tespit etti. yüksek çözünürlükte güçlendiricileri (PAŞ), bu, yüksek yol kaybının THz frekanslarında aşılması için kritik bir dönüm noktası.
Indium Phosphide (InP) for Ultimate Speed
GaN ve SiGe'nin ötesinde, Indium Phosphide (InP) HBTs ve HEMTs, en yüksek transistör hızlara ulaşmak için altın standardıdır ( 1 THz'in ötesinde).InP, özellikle de, CMOS'un yoğunluğuyla birlikte silikon aralarına ve karıştırıcılara eleştireldir.
Silikon Almanium (SiGe) BiCMOS
Performans ve entegrasyon karmaşıklığı arasında bir denge gerektiren uygulamalar için, SiGe BiCMOS bir köprü teknolojisi olarak hizmet eder. Büyük THz bantlarını sayısallaştırmaya ihtiyaç duyar.
Esnek ve Ultra-Fast Electronics için 2D malzeme
Daha ileri bakmak, grafiken ve geçiş metal dichalcogenides (TMDs) gibi malzemeler, molybdenum disulfide (MoS2) bu alanda teorik olarak çok büyük bir taşıyıcı seferberlik sunar, ancak hala araştırma aşamasında grafiklere dayalı frekans multipliers ve dedektörleri birkaç THz'ye kadar operasyon göstermiştir.
Gelişmiş Entegrasyon ve Ambalaj: Miniaturization'a Yol
Küçük, daha hızlı transistörler yoğun bir şekilde birbirine bağlı ve serinleştirilemezlerse işe yaramaz. Sistemin Miniaturizasyon geleneksel 2 ambalajD. Interconnect şişeneck - arasında sinyal kaybı önemli – gelişmiş bir paketleme adreslerinin önemli bir engeli.
Heterojen integral ve 3D Stacking
Heterojen entegrasyon, yüksek seviyeli bir montaja (SiP) ayrı ayrı bir şekilde monte edilen parçaların pratikleştirilmesidir (Silyonder) ve 6G transceivers için, bu, yüksek çözünürlükte bir SiGeT'nin üst kısmından elde edilen bir GaN RF ön uçlu bağlantı sağlar.[Felt tr) Bu, bakırdan pompalanan ve daha genişleyen bir elektrik akımına kıyasla büyük ölçüde azalır.
Endüstri, çiple entegrasyon için açık standartlar etrafında kömürleniyor, Evrensel Chiplet Interconnect Express (UCIe)ETHD:0)[4]) . 6G transceivers için, bu, bir şirketin en iyi teknolojide inşa edilebilmesi anlamına geliyor, bir SiGe IF çiplet ve bir CMOS dijital çiplet, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir baskı ile bağlantılı.
Anten-Pazarlama (AiP) ve Metasurface Entegrasyonu
THz frekanslarında, dalga boyun eğik bir aralıkta, yani antenler kendilerini mikroskobik hale getirir. Doğal ilerleme onları doğrudan çipe (AiP) veya silikonun kendisi (AoC) üzerinde bile entegre edilebilir bir şekilde şekillendirmeye ve mekanik gimballere ihtiyaç duymadan, birçok uzaysal elementin (NLOS) ve birden fazla iletişim kurmasını sağlar.
SonrakiGen Transceivers için Devre-Level Breakthroughs
Temel devre seviyesinde, birkaç yenilik 6G'ye adım atmasına olanak sağlar. Bu yenilikler güç üretmeye, sinyalleri dönüştürmeye ve silikonun geleneksel olarak başarısız olduğu frekanslarda kusurları doğrulaştırmaya odaklanır.
Power Generation ve THz Frequencies
100 GHz'nin üzerindeki önemli çıktı gücü, frekans yaklaşımları olarak geri kazanılır. Araştırmacılar sınırlı cihaz kazançlarını sağlamak için frekans multiplier zincirleriyle yenilik yaparlar. Güç yükseltici tarafında, Doherty mimarlıkları ve dağıtılmış yükselteç topolojiler alt-THz işlemine adapte edilir.
Low-Power, High-Speed Digital Exchange
6G sinyallerinin muazzam bant genişliği, analog-tamamalı tasarımlara (ADCs) Geleneksel Nyquist-rate ADCs, limitli güç miktarlarını doğrudan alıcı zincirine dijital predistorasyon (DPD) ve eşitlemeye odaklanır, mikro elektronikteki geçişleri ve daha güvenli olmayan alt tabakaları daha küçük hale getirir[değiştirmeler.
Anahtar Zorluklarını Navigating: Termal, Test ve Tasarım Kompleksi
Bileşenlerin küçüldüğü ve daha yüksek frekanslarda faaliyet gösterdiği gibi, fizik yasaları ciddi kısıtlamalar getiriyor. En acil sorun, D-band'da çalışan bir GaN güç amplifikasyonu, sadece birkaç milimetre genişliğindeki bir ölüde ısınıyor; Geleneksel ısıtılmış kanallar doğrudan SiC substratına ya da silikon Interposer ısıyı verimli bir şekilde çıkarmak ve performans bozulmasını önlemek için gerekli hale geliyor.
Defect Influence and Blood Crisis
6G transceiver'in tek bir ölü veya paket üzerinde farklı bir ısı genişletme (CTE) ile birden fazla malzeme birleştirmesi gerekir. Bu üretim süreci, standart bir monolithic CMOS çipine kıyasla, bir TSV'de tek bir pin deliği, pahalı bir modül işe yaramaz hale getirebilir.
Test ve Karakterizasyon Şişencks
Test ve karakterizasyon, diğer kritik şişenck. Standart kobiyal kablolar ve kablolar THz frekanslarında çalışamaz. Wafer-probing istasyonları ileri frekanslar ile donatılmış olmalıdır ve aşırı hava (OTA) test kurulumları, alt-THz sinyalleri ile karmaşık etkileşimlere taşınır. Tasarım karmaşıklığı aynı zamanda EDA'ya yeni bir yaklaşım talep eder. Tools entegre elektromanyetik (EM) simülasyon, termal simülasyon ve makine öğrenme tabanlı optimizasyon doğrudan tasarıma dayalı optimizasyon, 3D-stacked THz transistleri yönetmek için akrepli etkileşimlere doğru hareket eder.
Societal ve Endüstriyel Dönüşümler Miniaturized 6G Transceivers
Transceivers, pirinç veya esnek bir yama büyüklüğünde küçüldüğünde, potansiyel uygulamaları patladı. Bir iletişimin bir araya gelmesini, algılamayı ve tek bir düşük güç modülünde görüntüleme yeteneklerini bekleyebiliriz.
- [FONT:0] Dijital ve Genişletilmiş Gerçeklik (XR): Gerçekten de artırılmış gerçeklik kafaları, gerçek zamanlı olarak fotorealist dijital ikizleri gerçek zamanlı olarak devre dışı bırakmak için büyük veri gerektirir. Miniaturized THz transceivers, kullanıcının başı ve kenar bulutu arasındaki kablosuz bağlantıyı sağlayabilir ve tether ve yüksek sadakatli geri bildirimleri ortadan kaldırır.
- [FONT:0) İleri MedTech: [Dönetici: Implantable 6G transceivers sürekli, yüksek sadakat biyolojik izleme, sinir arayüzlerini bağlantı, akıllı prosthetics ve benzeri olmayan sadakat ve güvenlik ağları için kullanılabilir sonoskoplar sağlayabilir.
- [FONT:0] Özerk Sistemler: [Dönetici: [Dönetici: Araçlar ve dronelar sağlam sensör füzyona güveniyor. Bir THz transceiver, birleştirilmiş iletişim bağlantısı ve yüksek çözünürlüklü görüntüleme radarı olarak hizmet edebilir, aynı anda diğer araçlarla verileri paylaşıyorken "gör" sağlar (V2X).
- [FONT:0) Akıllı Çevreler: [Döneticiler, görünmez milyonlarca bataryaya sahip olmayan transiversiyonları bina malzemeleri, yol yüzeyleri ve altyapı gerçekten akıllı şehirlere gerçek zamanlı olarak algılayabilecekler.
- [[Dönetici:0) Orta büyüklükteki Twins:[DDDDK 1] Miniaturized 6G transceivers ile dolu bir fabrika, simülasyon için tüm montaj hattının dinamik, gerçek zamanlı dijital kopyasını oluşturabilir ve optimizasyon. Bu füzyon, iletişim ve algılama (JCAS) 6G transceiver gerekliliklerinin bir özelliğidir.
Yol Ahead: Disiplinlerin Bir Arası
Tam mini bir 6G transceiver'ye giden yol sadece mevcut bileşenleri optimize etmek için bir ölçeklendirme meselesi değildir. Transceiverk yığınının temel bir yeniden düşünmesini gerektirir - malzeme bilimi ve yarı iletken cihaz fiziği devre dışı bırakıldı.En başarılı atılımlar, kesişimlerde gerçekleşiyor: RF tasarımcıları ile işbirliği yapan malzemeler GaN-on-Si süreci optimize etmek veya dijital mimarlarla çalışan 3D-stacked sistemlerle birlikte çalışan mühendisler.
2030'da 6G'nin ticarileştirilmesi, tek bir "köpektif uygulama" tarafından tanımlanamaz, ancak bir sonraki on yılın en temel mühendislik meydan okuması ile, devreler ve sistemlerdeki endüstri, gerçekten köprünün fiziksel ve dijital dünyalarına geçişini sağlayacak, 6. yüzyılın en önemli teknolojik başarılarından biri olan 6. yüzyılın en önemli teknolojik başarılarından biri haline getirecek olan bir uygulama spektrumunu sağlayacaktır.