Revolucionārs bezvadu datu pārraides risinājums
Pētnieki no Kalifornijas Universitātes Īrvainā (UC Irvine) ir izstrādājuši eksperimentālu bezvadu transīveri, kas darbojas ap 140 GHz frekvencē un spēj sasniegt datu pārraides ātrumu līdz pat 120 gigabitiem sekundē (Gb/s). Tas ir aptuveni 15 gigabaitu (GB) datu sekundē, kas ir 24 reizes ātrāk nekā teorētiskais 5G maksimālais ātrums un ievērojami pārsniedz pašreizējās komerciālās bezvadu tehnoloģijas. Salīdzinājumam, Wi-Fi 7 maksimālais ātrums ir ap 30 Gb/s, bet 5G mmWave – līdz 5 Gb/s.
Jaunais risinājums pēc savas veiktspējas jau pietuvojas tipiskiem optiskajiem savienojumiem datu centros, kuru ātrums parasti ir ap 100 Gb/s. Zinātnieki savus atklājumus publicējuši divos rakstos IEEE žurnālā Journal of Solid-State Circuits, aprakstot «bits-līdz-antenas» arhitektūru raidītājam un «antenas-līdz-biti» arhitektūru uztvērējam. Šī pieeja ļauj tieši strādāt ar analogajiem signāliem, apiet tradicionālo digitālo pārveidošanu.
Pārvarot digitālās pārveides ierobežojumus
Kā skaidro pētījuma vadošais autors Dzisuns Vangs, 6G standartizācijas institūcijas jau apsver frekvenču diapazonu virs 100 GHz kā nākamo soli bezvadu komunikāciju attīstībā. Tomēr tradicionālie raidītāji, kas izmanto digitāli-analogo pārveidotāju (DAC), kļūst pārāk sarežģīti un enerģijas patēriņa ziņā neefektīvi, ko pētnieki dēvē par «DAC-šaurumu».
Lai risinātu šo problēmu, komanda nevis izmantoja vienu jaudīgu DAC, bet gan trīs sinhronizētus apakšraidītājus. Pateicoties šai konfigurācijai, visa sistēma patērē tikai 230 milivatus (mW) enerģijas. Lai salīdzinātu, DAC, kas spētu nodrošināt 120 Gb/s ātrumu, patērētu vairākus vatus enerģijas, padarot to nepiemērotu viedtālruņiem un citām mobilajām ierīcēm.
Kalifornijas Universitātes Īrvainā integrēto shēmu laboratorijas direktors Pajams Heidari norāda: «Ja mēs paliktu pie tradicionālajām pieejām, nākamās paaudzes ierīču akumulatori izlādētos dažu minūšu laikā. Mūsu risinājums ir veikt sarežģītus aprēķinus analogajā jomā, nevis enerģijas patēriņa ziņā dārgajā digitālajā jomā.»
Ražošanas vienkāršība un plašākas pielietojuma iespējas
Īpaša uzmanība tika pievērsta arī ražošanas procesam. Čips tiek izgatavots, izmantojot 22 nm tehnoloģisko procesu ar pilnībā iztērētu silīciju uz izolatora (FD-SOI). Šī metode ir ievērojami vienkāršāka un lētāka nekā modernie 2 nm vai 18A procesi, ko izmanto tādi ražotāji kā TSMC, Samsung vai Intel. Šāds ražošanas paņēmiens vienkāršo masveida produkciju un padara tehnoloģiju reāli pieejamu patērētāju ierīcēm.
Turklāt pētnieki jaunizstrādāto tehnoloģiju uzskata par alternatīvu daudzu kilometru kabeļu sistēmām datu centros. Bezvadu savienojumi ar šādu ātrumu varētu samazināt infrastruktūras izvietošanas un uzturēšanas izmaksas.
Ierobežojumi un nākotnes perspektīvas
Protams, pastāv arī zināmi ierobežojumi. Pat mūsdienu 5G mmWave, kas darbojas līdz 71 GHz, nodrošina aptuveni 300 metru darbības rādiusu. Frekvencei 140 GHz pārklājums būs vēl mazāks. Ja netiks atrasti jauni veidi, kā palielināt darbības rādiusu, nākotnes pilsētās varētu būt nepieciešams izveidot ļoti blīvu virsskaņas bāzes staciju tīklu.