MWC Barcelona: Volle Fahrt voraus für 5G

von: Gary Dagastine

Wer auf der Suche nach konkreten Beweisen dafür ist, dass die von 5G ausgelöste Revolution der Netzwerkkonnektivität vor der Tür steht, sollte sich das von GLOBALFOUNDRIES gesponserte Panel auf dem MWC Barcelona (ehemals Mobile World Congress) ansehen.

Einer der von GF eingeladenen Podiumsteilnehmer zeigte eine siliziumbasierte 28-GHz-Antenne mit 64 Elementen, die bereits jetzt für den Einsatz in 5G-Antennenarrays im Millimeterwellenbereich (mmWave) verfügbar ist. Ein anderer sprach über die Pläne Chinas, allein in diesem Jahr 200.000 5G-Basisstationen zu installieren, während ein dritter die verschiedenen Halbleiter-IP-Kerne ("IP") hervorhob, die jetzt zur Entwicklung und Produktion von 5G-Chips mit den differenzierten Fertigungs- und Verpackungstechnologien von GF verwendet werden.

Intelligente Konnektivität für eine datengesteuerte Zukunft war das Thema der GF-Veranstaltung. Intelligente Konnektivität bezieht sich auf die immer komplexeren, eng miteinander verknüpften Beziehungen zwischen Rechenzentren, Netzwerken und Client-Geräten (oder "Edge"-Geräten) wie Smartphones und Internet of Things (IoT)-Systemen. Diese Zusammenhänge sind datengesteuert und werden zunehmend durch KI ermöglicht. Sie werden jede Branche, die sie berühren, umgestalten und unser Leben in vielerlei Hinsicht verändern.

Ziel der Veranstaltung war es, den MWC-Teilnehmern die Perspektiven und Meinungen von Experten zu vermitteln, deren Engagement im 5G-Bereich von der Marktanalyse über die Lieferung von Schlüsselprodukten bis hin zur Entwicklung von Software-Design-Tools und Dienstleistungen reicht, die die Erstellung und Prüfung innovativer anwendungsspezifischer 5G-Chips ermöglichen.

Explosionsartiges Wachstum der Konnektivität

Die GF-Veranstaltung wurde von Mike Cadigan, Senior VP für Global Sales, Business Development, Customer und Design Engineering, moderiert und begann mit einer einführenden Präsentation von Subi Kengeri, CTO und VP of Worldwide Client Solutions von GF.

Subi erläuterte das explosionsartige weltweite Wachstum der drahtlosen Konnektivität und die damit verbundenen Chancen und Herausforderungen. Er betonte, dass angesichts der Komplexität von Sub-6GHz- und mmWave-5G-Anwendungen eine enge Zusammenarbeit zwischen Netzbetreibern und Anbietern von Geräten, Diensten und IP unerlässlich ist. Anschließend erläuterte er, wie sich die Rolle von Halbleiterherstellern wie GF entwickelt, um all dies zu ermöglichen, und ging dann auf einige der spezifischen Vorteile ein, die die differenzierten Technologien von GF für 5G-Anwendungen bieten.

"Es ist für niemanden eine Neuigkeit, dass wir heute in einer Welt universeller und wachsender Konnektivität leben, aber die Geschwindigkeit und das Ausmaß, in dem dies geschieht, ist verblüffend", sagte er. "Im Jahr 2017 gab es 18 Milliarden vernetzte Geräte oder 2,4 vernetzte Geräte für jeden Menschen auf der Welt, aber bis 2022 - in nur drei Jahren - wird sich diese Zahl fast verdoppeln, auf etwa 29 Milliarden Geräte."

Während der mobile Datenverkehr derzeit etwa 27 Exabyte pro Monat beträgt, wird er bis Ende 2024 etwa 136 Exabyte erreichen. "Das sind 136 Quintillionen Bytes an Daten jeden Monat, und 5G wird voraussichtlich 25 % davon ausmachen", sagte er. "Anders ausgedrückt: Mehr als 40 % der Weltbevölkerung werden bis dahin 5G nutzen, was es zur schnellsten Mobilfunkgeneration machen würde, die jemals weltweit eingeführt wurde."

Dieses schnelle Wachstum und die weltweite Reichweite haben enorme Auswirkungen auf die Entwicklung und Herstellung von Halbleitern, angefangen bei der Definition des Wortes "Innovation", sagte er.

"In der Vergangenheit hätten wir Innovation vielleicht als die Fortschritte beschrieben, die an der Spitze der Chiptechnologie stattfinden, aber heute ist es naiv zu glauben, dass Innovation dieser Art die massive Einführung von 5G unterstützen wird. Vor allem, wenn man bedenkt, dass es über eine halbe Milliarde Dollar kosten kann, nur einen einzigen integrierten 5nm-Schaltkreis zu entwerfen, zu verifizieren, zu prototypisieren und zu produzieren."

Echte Innovationen im 5G-Bereich entstehen seiner Meinung nach durch die Entwicklung von Geräten, die eine optimierte 5G-Leistung sowie ein ausgewogenes Verhältnis von Stromverbrauch, Leistung, HF-Fähigkeit und anwendungsspezifischen Funktionen bieten. "Der Stromverbrauch und die Kosten pro Funktion sind jetzt die Schlüsselkriterien, nicht die Größe der Funktionen", sagte er und merkte an, dass eine Renaissance etablierter Knotenpunkte im Gange ist, da bestehende Prozesse genutzt werden, um Technologie, Funktionen, Fähigkeiten und Befähigung auf neue Weise zu kombinieren.

GF steht an der Spitze dieses Trends und verfügt über eine Vielzahl von bewährten Verfahren, die für 5G geeignet sind. Dazu gehören die 22FDX-Technologie, die für viele Anwendungen, einschließlich mobiler Anwendungen, eine erstklassige Leistung und RF-Fähigkeiten bietet, sowie die 8SW RF SOI-Technologie, die die branchenweit führende energieoptimierte Leistung für mobile Anwendungen bietet. GF bietet auch eine Reihe von Gehäusetechnologien an, die angesichts der Notwendigkeit, Wärme abzuleiten, wenn 5G-fähige Endgeräte mit mehr Strom versorgt werden, von entscheidender Bedeutung sind.

Experten beschreiben die mmWave-Landschaft

Auf Subis Präsentation folgte eine Fragerunde mit diesen Diskussionsteilnehmern:

Mike Cadigan eröffnete die Diskussion mit der Frage, warum sich Netzbetreiber wie Telefongesellschaften für den Wechsel zu 5G entscheiden würden und wie es um die Geschwindigkeit der 5G-Einführung bestellt ist. "Das große Bild ist, dass 5G für die Betreiber die Kosten für die Übertragung jedes GB an Daten drastisch senken wird", sagte er. "2G-Netze haben es uns ermöglicht, von Tausenden von Dollar auf zehn Dollar für die Übertragung eines GB zu kommen. Heute sind es mit LTE und kleinen Zellen etwa 1 Dollar pro GB, und mit mmWave werden es weniger als 10 Cent pro GB sein. Die Mobilfunktarife werden also allmählich wie Festnetztarife aussehen, bei denen unbegrenzte Datenmengen angeboten werden."

Er sagte, die Einführung werde nicht einheitlich sein und es werde einige Zeit dauern, bis sie sich vollständig entwickelt habe. "Einige internationale Netzbetreiber, vor allem in der Schweiz und in China, haben das Thema bereits aufgegriffen. China zum Beispiel macht einen riesigen Vorstoß mit einem für dieses Jahr geplanten Rollout von 200.000 5G-Basisstationen", sagte er. "Im Rest der Welt wird die Einführung jedoch eher punktuell sein, wobei Japan und Südkorea zu den ersten Anwendern gehören.

In den USA wird es keine landesweite Einführung geben; stattdessen werden "Inseln" von 5G innerhalb von 4G-Netzen entstehen. "Tatsächlich werden 5G-Mobiltelefone eingeführt, obwohl die meisten Netze noch gar nicht in Betrieb sind", sagte er. (Kurz nach dem MWC in Barcelona kündigte Verizon an, dass der 5G-Dienst bald in Teilen von Chicago und Minneapolis mit unbegrenzten Daten zur Verfügung stehen wird).

Mike übergab dann das Wort an Alastair, um seine Sicht der technischen Anforderungen für die Einführung von 5G darzulegen. Alastair, der das mitgebrachte 28-GHz-Array auf Siliziumbasis hochhielt, um es dem Publikum zu zeigen, sagte, dass die mmWave-Technologie viel komplizierter sei als die Sub-6-GHz-Variante von 5G und dass es auf Geräteebene einen großen Bedarf an mehr linearer Leistung gebe. "Alles, was wir tun können, um die lineare Leistung im Silizium zu erhöhen, müssen wir tun", sagte er.

"Außerdem war das Wärmemanagement bei der Funkübertragung schon immer von entscheidender Bedeutung und ist es auch heute noch. Als vor Jahrzehnten die ersten Phased-Array-Radargeräte auf den Markt kamen, wurden einige der ersten Geräte so heiß, dass sie Feuer fingen. Wir müssen also dringend den Wirkungsgrad erhöhen und gleichzeitig die Hitze zähmen, und dabei auch die Kosten pro Sender senken. Einiges davon kann man mit Schaltungstricks erreichen, aber im Grunde beginnt es mit dem Silizium", sagte er.

"GLOBALFOUNDRIES hat für uns einige sehr gute Bauelementoptionen entwickelt, mit denen wir verschiedene Parameter auswählen können, um ein Bauelement auf eine bestimmte Anwendung zuzuschneiden, so dass wir zum Beispiel die Betriebsspannung erhöhen und die daraus resultierende Zuverlässigkeit modellieren können. Das ist sehr wertvoll und ein Ergebnis der engen Zusammenarbeit zwischen unseren beiden Unternehmen", sagte er.

Joachim wies darauf hin, dass es nicht einfach ist, komplexe Systems-on-Chips (SoCs) zu entwerfen und sicherzustellen, dass sie auch wie geplant funktionieren. Aus diesem Grund hat Synopsys in enger Zusammenarbeit mit GF IP-Cores wie Low-Power-DDR-Speicherschnittstellen (LPDDR), High-Bandwidth-Memory-Interfaces (HBM), PCI Express und vieles mehr entwickelt, um die Produktivität der SOC-Designer zu steigern und das Projektrisiko zu senken. "Zusätzlich zum Zugang zu vielen IP-Cores von Synopsys und anderen IP-Anbietern haben Designer heute Zugang zu High-Level-Architektur-Explorations-Tools, die es ihnen ermöglichen, ihren SoC auf der Architekturebene im Kontext der tatsächlichen Software, die auf dem SoC ausgeführt wird, zu optimieren."

Cadigan schloss mit der Frage an die Podiumsteilnehmer, was GF noch tun sollte. Joachim sagte, GF sollte mehr von dem tun, was es bereits tut: "Die Komplexität nimmt zu, und das erfordert eine viel engere Zusammenarbeit." Joe bekräftigte unterdessen die Bedeutung von mehr Leistung. "Im Moment verwendet niemand Filter, aber wenn wir uns weiterentwickeln, wird es konkurrierende Träger in nahegelegenen Frequenzbändern geben, so dass noch mehr Leistung erforderlich sein wird.

Alastair sagte, dass Gehäuseoptionen immer wichtiger werden, nicht nur für die Wärmeableitung, sondern auch, um ein höheres Maß an Integration zu ermöglichen. Wie Joachim sagte auch er, dass die Modellierungsmöglichkeiten immer wichtiger werden, insbesondere für die Zuverlässigkeit.