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目前5G技術(shù)剛剛開始正式部署，現(xiàn)在談?wù)?G無線通信似乎為時(shí)過早，但研發(fā)界已經(jīng)在努力研究新技術(shù)，推動(dòng)6G在未來五至十年內(nèi)轉(zhuǎn)化為實(shí)用的商業(yè)現(xiàn)實(shí)。通過與一流大學(xué)的頂尖研究人員合作，其正在采取行動(dòng)，利用格芯FD-SOI、RF-SOI和SiGe平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，確立在6G領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，上述平臺(tái)已經(jīng)在5G和其他無線應(yīng)用中得到驗(yàn)證，可提供業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品性能和成本效益。
與人工智能（AI）、邊緣到云計(jì)算和汽車解決方案一樣，無線連接也是格芯的業(yè)務(wù)重點(diǎn)，因?yàn)楦裥镜膽?zhàn)略目標(biāo)是成為差異化、功能豐富的領(lǐng)先技術(shù)供應(yīng)商，以推動(dòng)世界的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
6G是指第六代無線通信技術(shù)。6G的速度將大大超過5G，能夠以每秒100Gb/s的速度傳輸大量數(shù)據(jù)，幾乎或完全消除了有效延遲或滯后時(shí)間。
6G的高速傳輸性能將催生全新的應(yīng)用和行為方式。格芯移動(dòng)和無線基礎(chǔ)架構(gòu)戰(zhàn)略業(yè)務(wù)部門副總裁兼首席技術(shù)官Peter Gammel博士表示：“其中一個(gè)例子是全息遠(yuǎn)程呈現(xiàn)，使用6G網(wǎng)絡(luò)后可在任何地方投射出一個(gè)人或物體的虛擬‘?dāng)?shù)字雙胞胎’，即全動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的逼真3D圖像，并附帶相關(guān)的音頻，仿佛就是被投射的人員親臨現(xiàn)場(chǎng)，這樣就不會(huì)像使用Zoom開會(huì)那樣疲勞了！”
Gammel表示，6G技術(shù)還將通過無數(shù)種方式改變世界。Gammel表示：“新冠肺炎疫情期間，人們逐漸熟悉了遠(yuǎn)程醫(yī)療的概念，而6G技術(shù)可以將其提升到全新的高度。例如，在機(jī)器人手術(shù)中，栩栩如生的3D圖像不僅可以指導(dǎo)外科醫(yī)生完成極具挑戰(zhàn)性的手術(shù)，而且外科醫(yī)生可以在位于距離患者數(shù)千英里的地方使用機(jī)器人進(jìn)行操作。6G還將促進(jìn)人工智能在網(wǎng)絡(luò)中的普遍應(yīng)用，涵蓋邊緣、客戶網(wǎng)絡(luò)及核心網(wǎng)絡(luò)，以提高效率、速度，降低成本�！�
6G技術(shù)挑戰(zhàn)與機(jī)遇
6G系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，但最初的6G頻率范圍可能在50GHz至200GHz左右，最初的應(yīng)用預(yù)計(jì)在6G范圍的低端，接近5G范圍的高端。這是射頻頻譜中速度極快且不擁擠的區(qū)段，但這些毫米波（mmWave）頻率具有某些特性，給6G系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)和經(jīng)濟(jì)成本帶來了挑戰(zhàn)。
一個(gè)主要的技術(shù)挑戰(zhàn)是需要高能效LNA放大器（無線系統(tǒng)的關(guān)鍵部件），以放大低功率6G信號(hào)，同時(shí)避免信噪比大幅降低，因?yàn)樾旁氡仁菍?shí)現(xiàn)無差錯(cuò)性能的關(guān)鍵。
另一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)是需要準(zhǔn)確的毫米波設(shè)備仿真和模型，以及經(jīng)過硬件驗(yàn)證的工藝設(shè)計(jì)套件（PDK），以成功實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。這是高頻領(lǐng)域一個(gè)亟待填補(bǔ)的重要空白。但是，最大的問題在于毫米波會(huì)被大氣中的水蒸氣和氧分子吸收，所以傳播損耗較大，因此找到提高收發(fā)器空中輸出功率的方法至關(guān)重要。另一個(gè)傳播挑戰(zhàn)是毫米波很容易被墻壁、樹木和其他物體阻擋。
這些傳播挑戰(zhàn)意味著，6G網(wǎng)絡(luò)將需要許多彼此非常接近的基站和小型蜂窩站點(diǎn)來中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。鑒于這些密集網(wǎng)絡(luò)需要大量的半導(dǎo)體，經(jīng)濟(jì)方面的考量將至關(guān)重要。
Gammel表示，解決上述挑戰(zhàn)需要用到格芯產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，包括：
- 22FDX?和22FDX+ FD SOI解決方案，它們將射頻、模擬、嵌入式存儲(chǔ)器和先進(jìn)的邏輯結(jié)合在同一芯片中，具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整和出色的設(shè)計(jì)靈活性，可實(shí)現(xiàn)峰值性能和高能效�？蛻艨墒褂肍DX完成各種任務(wù)，例如將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、LNA、功率放大器（PA）和開關(guān)等前端模組（FEM）元件與收發(fā)器集成在一起。
- 格芯的RF SOI解決方案系列，用于5G基站和智能手機(jī)的集成FEM和波束成形器。
- 格芯的鍺硅（SiGe）BiCMOS解決方案系列，用于Wi-Fi和毫米波FEM
Gammel表示：“6G為我們展示了基于集成技術(shù)解決方案的愿景，而格芯在這方面已經(jīng)擁有無可爭(zhēng)議的領(lǐng)導(dǎo)地位。這些經(jīng)濟(jì)高效的成熟解決方案的優(yōu)勢(shì)在于，它們的能力遠(yuǎn)未達(dá)到極限。解決方案的性能可以隨著無線行業(yè)的發(fā)展而不斷擴(kuò)展，從5G高頻端延伸到6G頻率范圍。客戶不必使用新技術(shù)和特殊材料，就能獲得所需的性能。成熟、可投入生產(chǎn)且經(jīng)濟(jì)高效的硅基技術(shù)將為客戶提供出色的性能�！�
與領(lǐng)先6G研究機(jī)構(gòu)開展合作
格芯通過公司開展的“大學(xué)合作計(jì)劃”積極推動(dòng)6G電路和系統(tǒng)研究，授予選定的大學(xué)團(tuán)隊(duì)技術(shù)使用權(quán)，這些團(tuán)隊(duì)與格芯的研發(fā)團(tuán)隊(duì)密切合作，并分享研究成果。
“大學(xué)合作計(jì)劃”規(guī)模龐大、影響廣泛。格芯外部研發(fā)管理副總監(jiān)Bika Carter表示：“我們與全球超過35所大學(xué)開展合作，涉及包括6G在內(nèi)的多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。我們衡量學(xué)術(shù)合作伙伴質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過同行評(píng)審的已發(fā)表論文，我們合作伙伴的論文發(fā)表數(shù)量巨大，而且還在不斷增長(zhǎng)。2019年和2020年，合作機(jī)構(gòu)的教授發(fā)表了200多篇有關(guān)我們技術(shù)的論文。我們?cè)?2FDX、45RFSOI、硅鍺（SiGe）和硅光子技術(shù)方面均擁有活躍的高校研究項(xiàng)目�！�
格芯移動(dòng)和無線基礎(chǔ)設(shè)施首席技術(shù)官辦公室高級(jí)總監(jiān)Ned Cahoon與格芯“大學(xué)合作計(jì)劃”內(nèi)許多從事6G技術(shù)研究的教授開展了密切合作。Cahoon表示：“格芯是毫米波領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，因此我們尋求合作的教授和學(xué)術(shù)項(xiàng)目，都正在研究解決我們認(rèn)為最為關(guān)鍵的6G電路和系統(tǒng)問題，格芯差異化的技術(shù)可以解決這些問題，例如100GHz以上頻率的前端（FE）電路。與我們開展合作的教授均為各領(lǐng)域的知名專家，擁有卓越的學(xué)術(shù)成就，我們以合作伙伴的形式開展工作。教授與我們分享研究成果，而格芯則提供多項(xiàng)目晶圓技術(shù)來幫助他們進(jìn)一步開展研究工作。”
對(duì)硅芯片的前景堅(jiān)信不疑
格芯的學(xué)術(shù)伙伴之一是加州大學(xué)圣地亞哥分校的特聘教授和無線通信行業(yè)特聘主席Gabriel Rebeiz博士。Rebeiz教授是美國(guó)國(guó)家工程院院士和IEEE會(huì)士。他是通信和國(guó)防系統(tǒng)集成相控陣領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，也是首個(gè)將MEMS和微加工引入射頻/微波領(lǐng)域的學(xué)者。
在加州大學(xué)圣地亞哥分校，Rebeiz教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)了用于相控陣應(yīng)用的復(fù)雜RFIC的開發(fā)。Rebeiz教授的相控陣工作現(xiàn)在被大多數(shù)開發(fā)復(fù)雜通信和雷達(dá)系統(tǒng)的公司所采用，約有100名博士生和博士后研究員在他的教導(dǎo)下畢業(yè)。
目前，Rebeiz教授的學(xué)生從事一系列廣泛的研究項(xiàng)目，從45RFSOI的寬帶系統(tǒng)到140GHz相控陣。Rebeiz教授表示：“在6G出現(xiàn)之前，將有24GHz、28GHz、39GHz和46GHz的芯片用于5G通信，所以我們正在研究各種寬帶芯片，使用了未來將擴(kuò)展到6G設(shè)備的相同工藝和技術(shù)。這些項(xiàng)目都具有高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的特點(diǎn)，我們的工作推動(dòng)了科技發(fā)展的進(jìn)步。在我們開展研究的過程中，格芯一直是很好的合作伙伴。我們涉足于廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，格芯為我們的創(chuàng)新工作提供了大力支持�！�
Rebeiz教授表示，他堅(jiān)信硅芯片是5G高頻段以及高達(dá)約220GHz的6G應(yīng)用的理想解決方案。例如，Rebeiz教授的團(tuán)隊(duì)最近在正向路徑傳輸模塊（FPTM）中采用格芯的技術(shù)，能夠在140GHz實(shí)現(xiàn)12dBm的輸出功率，效率為11-12%。Rebeiz教授表示：“對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信來說，這是一個(gè)非常驚人的數(shù)據(jù)，因?yàn)槟壳暗钠焚|(zhì)因數(shù)為6dBm，但我們?cè)?40GHz也實(shí)現(xiàn)了！
由于密集6G網(wǎng)絡(luò)所需的元件數(shù)量大幅增加，要建造實(shí)用的系統(tǒng)，就必須降低每個(gè)元件所需的功率，目前28GHz下每個(gè)元件為20dBm，未來可能只需要3-6dBm。因此，毫無疑問，對(duì)于任何陣列應(yīng)用來說，像22FDX這樣的高能效硅芯片技術(shù)將在100GHz以上頻率占據(jù)主導(dǎo)地位�！�
當(dāng)然，許多挑戰(zhàn)依然存在，封裝和測(cè)試是關(guān)鍵需求，Rebeiz教授表示：“未來我們?cè)撛趺醋霾拍軐?shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的測(cè)試？沒有人愿意測(cè)試高達(dá)140GHz的頻率，因?yàn)檫@項(xiàng)工作過于困難和昂貴，但不測(cè)試就無法取得進(jìn)步。”不過，這項(xiàng)工作對(duì)Rebeiz教授的學(xué)生來說是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。
Rebeiz教授說：“我和學(xué)生都喜歡硬件，我們喜歡發(fā)明新東西。我的學(xué)生所從事的工作對(duì)世界的發(fā)展至關(guān)重要，因此，對(duì)他們來說目前確實(shí)是一個(gè)黃金時(shí)代�！�
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