Мобильная индустрия, похоже, только что закончила свой карнавал на Всемирной конференции мобильной связи (MWC) в Барселоне, Испания. Поставщики технологических отраслей, системных OEM-производителей и операторов мобильной связи сталкиваются с рядом препятствий на пути развития 5G, которые необходимо решить немедленно. Фактически, эти проблемы Еще только отправная точка.
Технические проблемы для разработки 5G многообразны: среди них смарт-антенны и фронты RF для 5-миллиметровых волн (mmWave), которые, как ожидается, будут выполняться на частотах 28 ГГц, 39 ГГц или 60 ГГц, могут серьезно повлиять на еще не возникшие проблемы. 5G mmWave производительность телефона.
Claire Troadec, директор радиоэлектроники Yole Développement, получила эксклюзивное интервью с EETimes после MWC. Она сказала: «Хотя многие компании, такие как Qualcomm, Intel, MediaTrk и Samsung, Мобильный телефон используется в качестве платформы отображения 5ГВтВайв, но мы считаем, что мобильный телефон не будет первым местом для реализации приложений 5G mmWave. «Напротив, 5G mmWave, скорее всего, станет фиксированным чипом базовой полосы данных на столе или на рабочем столе, что позволит потреблять. Может использоваться для загрузки или передачи большого количества широкополосных приложений.
Еще одна проблема при развертывании беспроводных сигналов 5G mmWave в мобильных телефонах - проблемы с батарейным питанием и потреблением энергии. Во время зимних Олимпийских игр 2018 года (2018 год) в Пхенчжане в этом году Samsung, как сообщается, показала свой собственный планшетный ПК 5G. Хотя работа этого устройства была очень гладкой, оценка на MWC была довольно удивительной: через 30 минут аккумулятор был мертв.
В ответ на эти слухи, Troadec считает, что «передача сигнала 5G mmWave телефона будет иметь проблемы с чрезмерным потреблением энергии». Она подозревает, что большинство ведущих производителей должны были уделять большое внимание этой области ». Но она добавила, что обнаружила эти Поставщики технологий не предложили много средств для этой очевидной проблемы энергопотребления на системном уровне в приложениях 5G New Radio (5G NR). Она сказала, что никто не хочет обсуждать эту проблему дальше на выставке.
Интерференция, которую 5G mmWave RF-модуль принесет на новый рынок 5G, не будет ограничиваться изменениями в технологиях. Также затронута целая цепочка поставок в отрасли, которая в настоящее время поставляет компоненты и модули 3G и 4G RF.
Yole пояснил, что из-за 5G mmWave поставщиком использовать технологию CMOS или SOI, в SoC дизайн РФ лобовой, так что поле будет присутствовать в «разработчик и производитель передовых CMOS» Эко-системная архитектура мобильной превратилась в рынок РФ В дополнение к Intel и Qualcomm, компании, которые вошли в эту область, включают Samsung, Huawei и MediaTek.
Чем больше диапазонов 5G, тем больше интерфейсных модулей RF
Как поставщики технологий стремятся к созданию комплекса РФ, передний конца для обработки увеличения частоты (RFFE) модулей, мобильная индустрия сделала большой шаг вперед. По Troadec, с 3G стандартами сотовых связи от разработки до 4G, РФ переднего конца Количество полос частот должно быть увеличено с 4 до 30.
Благодаря постепенному внедрению технологий и приложений 5G ситуация станет более сложной. Хотя 5G теоретически является стандартом, он имеет три важных компонента: 5G для Internet of Things (IoT), используя суб-6 5G в полосе GHz и 5G с использованием mmWave. Согласно радиочастотной технологии Troadec заметил, что «это означает, что разные элементы производительности должны быть объединены вместе».
Это означает, что 5G будет следовать направлению «разных фаз реализации, параллельной разработке разных версий 5G». Другими словами, не будет единого 5G RFFE, а скорее «5G IoT», 5G sub-6 GHz и 5G mmWave каждый по его пути. Разрабатывать и устанавливать параллельные экосистемы с их внедрением «Система в пакет» (SiP).
Итак, какой путь RFFE будет принят для каждого типа технологии 5G? Troadec полагает, что технология 5G mmWave принесет самые разрушительные инновации. Она также ожидает, что в следующий раз потребуется перепроектировать и принять новые материалы.
К счастью, 5G mmWave может прекратить применение современных интерфейсных модулей на базе SiP для 2G, 3G и 4G RF интерфейсных систем. Troadec объяснил: «Вы можете проектировать каждую архитектуру на основе передовой технологии CMOS или SOI. Модули - в том числе усилители мощности (PA), малошумящие усилители (LNA), фильтры, переключатели и пассивные компоненты ». Это приведет к разработке интерфейсных моделей SoC для многих производителей цифровых чипов, которым ранее не хватало знаний о RF. Группа возможностей.
В то же время для технологий 5G ниже 6 ГГц Troadec полагает, что он будет основан на дополнительных инновациях. Она объяснила, что в этой группе ожидается, что потребуются только минимальные изменения в спецификации материалов (BoM). Измените существующую архитектуру RF-пакета.
Поскольку 5G IoT будет использовать частоты ниже 1 ГГц, Troadec считает, что полупроводниковый пакет 5G RFFE «нуждается в небольшой или вообще не нуждается в инновациях» в этой полосе. Однако 5G IoT для проблем передачи данных с большим количеством устройств IoT Нормы и соглашения еще не определены и стандартизированы.
Что такое «большой кофе» в цепочке поставок РФ?
Прежде чем углубиться в детали 5G RF-решений, давайте сначала рассмотрим основные поставщики компонентов и модулей в настоящее время.
В общем, интерфейсные модули RF состоят из радиочастотных компонентов, таких как RF-переключатели, PA / LNA, RF-фильтры и антенные элементы (тюнеры и переключатели).
В этой переполненной цепочке поставок RF основные поставщики RF включают Sony, Murata (приобретенный Peregrin Semiconductor в конце 2014 года), Skyworks, Qorvo, Infineon, Broadcom / Avago, Cavendish Kinetics, TDK EPCOS и так далее.
У каждой компании есть свои собственные RF-компоненты, обычно использующие разные субстраты и технологические технологии. Эти технологические опции включают в себя все: от RF-SOI и BiCMOS до массовых CMOS, GaN и RF MEMS.
Поскольку различные типы радиочастотных компонентов используют разные технологические процессы, маршрутом, используемым сегодня для интеграции RF-модулей, обычно является SiP, а не SoC.
В настоящее время для частот 2G, 3G, 4G и 5G ниже 6 ГГц Troadec подтвердил, что единственный способ удовлетворить строгие требования к беспроводной производительности в смартфонах - это подход SiP.
В настоящее время ни один поставщик RF-компонентов не имеет возможности использовать каждую из лучших технологий. Troadec объяснил, что в интерфейсной интеграции RF: «Для каждого из строительных блоков требуется очень специальная технология: использование технологии арсенида галлия (GaAs) Лучший PA, лучший коммутатор с использованием технологии SOI, лучший фильтр с использованием поверхностной акустической волны (SAW) и объемной акустической волны (BAW) и лучший LNA с использованием технологии кремниевого германия (SiGe).
Troadec и сказал: «Broadcom, Murata, Qorvo, Skyworks и TDK / Qualcomm в настоящее время могут предоставлять RF-интерфейсные модули для поставщиков технологий технологического процесса SiP».
Она пояснила, что каждый продукт имеет свои собственные характерные требования, такие как высокочастотный модуль, модуль промежуточной частоты, низкочастотный модуль и разнообразный приемный модуль и т. Д., Соответственно, с использованием «интегрированного мультиплексора модуля PA» (PAMiD) PAMiD - это высокоинтегрированный пользовательский модуль, ориентированный на производительность, но дорогостоящий. Он ограничен Apple, Samsung и Huawei; FEMiD предлагает лучшие компромиссы с производительностью и стоимостью, которые предпочитают производители смартфонов Tier 2, такие как LG и мобильные телефоны.
Она сделала вывод: «Мы видим, что лишь немногие компании могут играть определенную роль в этой высокотехнологичной смешанной среде».
5G sub-GHz: Следуйте за SiP ...
Поскольку сотовая индустрия развивается в направлении 5G, для внешнего фронтального модуля 5G sub-GHz, ожидается, что тот же принцип будет продолжать использоваться - интеграция SiP.
Однако, по словам Йола, в будущем будут сделаны некоторые изменения для большей интеграции SiP и упаковки. Troadec объяснил, что эти новые меры включают в себя интеграцию МШУ и включение одного и того же чипа и более широкое использование платформ на основе SOI. В основном используется для подхода к упаковке на уровне пластины (WLP) для сохранения пространства чипа (например, только Broadcom использует этот метод, и Qorvo разрабатывает этот метод). Кроме того, подход упаковки на уровне пластины также применяется к упаковке PA (сегодня по-прежнему используют проволочное соединение).
5G mmWave: от SiP до SoC
Несомненно, 5G mmWave RF front-end модуль произведет революцию в самой сложной цепочке поставок RF-компонентов / модулей. Благодаря использованию различных технологических процессов производится большое количество сложных RF-компонентов. В будущем возможность предстоящего может быть основана на Импортируйте модуль front-end mmWave в SoC, реализованный с помощью передовой технологии CMOS или SOI.
Существует много причин, по которым 5G mmWave может проектировать RF-модули в SoC.
Прежде всего, Troadec объяснил, что 5G mmWave означает, что он перемещается в область спектра, где доступна полоса пропускания. «Таким образом, нам не нужно много полос частот для отправки информации, что еще больше упрощает ее беспроводную архитектуру».
Таким образом, это также уменьшает ограничения на технологию фильтрации. «В модуле не требуется фильтрация высокого порядка». Однако она предупредила: «Мы по-прежнему должны использовать разные беспроводные технологии (4G или 5G sub-6 GHz и 5G mmWave) Переключатели высокого уровня (высоко изолированные, линейные).
Она также указала, что для технологии 4G «мы использовали агрегацию несущей (CA) шириной 20 МГц на полосу частот, а также использовали несколько частотных диапазонов, поэтому для различения каждой полосы требуется технология фильтров высокого порядка. В каждом сигнале, но в настоящее время доступны только компоненты BAW (технология MEMS).
Другим важным фактором является то, что 5G mmWave будет использовать технологию формирования луча, чтобы позволить ей формировать лучи при передаче информации нескольким пользователям ». Это уменьшит ограничения и требования к передаче мощности PA. С другой стороны, Это также означает, что CMOS-технология может играть определенную роль ». Она добавила:« При частоте mmWave индуктивность становится меньше, поэтому можно интегрировать пассивные компоненты с использованием технологии CMOS / SOI ».
Тем не менее, Troadec еще раз подчеркнул, что для 5G mmWave RF-модуля один из ограничивающих факторов, по-видимому, лежит в потреблении энергии всей системы. «Почему мы должны разъяснять эту проблему? И никто еще не объяснил технически почему и почему Что делать, «может решить эту проблему.
Новые участники в РФ
После того, как отрасль переключится на внедрение технологии CMOS или SOI, спроектируйте 5G mmWave RF front end module в SoC, текущая радиоэлектроника будет состоять из, казалось бы, гармоничного модуля провайдера интерфейсов RF (таких как Broadcom, Murata, Qorvo, Skyworks и TDK / Qualcomm начали меняться.
Troadec отметил, что Intel и Qualcomm готовы войти в чип для мобильных телефонов и приемопередатчиков мобильных телефонов. Они надеются освоить беспроводное радиочастотное поле и предоставить комплексные решения. Цель этих компаний - «привести целую сеть RF. И под полным дизайном дома ».
Если Broadcom приобретает Qualcomm ...
С точки зрения продуктов и технологий Broadcom и Qualcomm, рынок мобильных телефонов является очень дополнительным рынком для этих двух гигантов. Согласно наблюдению от Broadec, Broadcom высоко позиционируется в беспроводном и Wi-Fi-пространстве, а Qualcomm широко используется в приложениях. Процессоры (AP), чипы базовой полосы, приемопередатчики, Wi-Fi / Bluetooth (BT) и другие рынки, а также NFC NXP и его микроконтроллер (MCU).
Сегодня Qualcomm постепенно завоевывает рыночный импульс от 5G mmWave, а Broadcom фокусируется на суб-6 ГГц. Troadec сказал, что, если поглощение двух компаний не будет заблокировано президентом США Трампом, то Broadcom и Qualcomm И «сформирует очень олигополистическую ситуацию на рынке». Она спросила: «Вот почему мы увидели, что Intel очень беспокоилась и попыталась принять участие в обсуждении этого приобретения, даже если он рассматривает возможность покупки Broadcom. Пойдем.
Компиляция: Сьюзан Хонг