2021年4月1日 作者：Gary Dagastine 在较早的时代，半导体公司的发展方向是花费财富和数不清的劳动时间来寻找将半导体器件扩展到更小尺寸的方法，因为扩展产生了极大的性能，打开了许多新的应用。 但是，近几十年来行业的进步带来了许多已经相当强大的技术平台，而且可以低成本地在这些平台上增加新的特性和功能，以适应新的要求。作为世界领先的专业半导体制造商，GlobalFoundries（GF）为不断发展的应用提供了不断扩大的差异化解决方案，是这种技术发展方式的典范。 这一点在公司推动成为6G无线通信技术的领导者方面表现得最为明显。GF提供了许多平台和解决方案，它们不仅在最苛刻的通信应用中得到了验证，而且其全部潜力仍未得到开发。它们包括GF的22FDX™平台和22FDX+解决方案，以及GF的RF SOI和SiGe（硅锗）解决方案系列。 它们代表了通向6G的一个引人注目的途径，6G是下一代无线通信技术，预计将在本十年末首次亮相。 在我们最近关于GF推动6G技术领先的博客中，我们介绍了该公司的大学合作计划。通过该计划，GF向35个以上的大学团队提供技术，这些团队与GF的研发人员在6G等不同领域进行合作。他们分享自己的研究成果，支持在GF的平台上增加新的特性和功能，在技术和学术会议上发表研究成果，发现新的应用可能性，并向学生介绍这些技术，然后在他们的职业生涯中熟悉这些技术。 我们介绍了我们的研究伙伴之一，加州大学圣地亚哥分校的杰出教授Gabriel Rebeiz博士。作为通信和国防系统集成相控阵的先驱，他指导了一系列广泛的研究项目，从45RFSOI的宽频系统到140GHz的相控阵。 在这篇博客中，我们将重点介绍三个知名度较高的大学合作伙伴，他们将告诉我们他们的研究情况，如何使用GF的技术，以及与GF合作对他们和他们的学生意味着什么。他们的不同经历和研究兴趣将说明GF对6G的承诺，并展示公司的战略和技术如何帮助6G的进步成为可能，比其他方式更好、更快、更经济。 爱因斯坦教授Friedel Gerfers，博士，是柏林工业大学混合信号电路设计的主席，他被授予爱因斯坦奖学金，以继续他在5G/6G通信系统的混合信号电路设计领域的工作。柏林爱因斯坦基金会是由地区政府为赞助尖端科学和研究而成立的，它为他的成本和人员密集的高频实验室提供资金，该实验室是德国仅有的两个有能力全面测试和鉴定D波段（高达170GHz）电气和光学系统的实验室之一。 Aarno Parssinen教授，博士，在芬兰奥卢大学的无线通信中心（CWC）工作。帕西宁教授是该大学6G旗舰计划的主要人物，也是世界上领先的电信和网络公司之一芬兰诺基亚公司的重要合作者。 王华教授，博士，是佐治亚理工学院电路与系统中心（CCS）的主任。他的团队与许多半导体公司进行了密切合作。王教授获得了几个非常著名的学术奖项，包括DARPA主任奖学金。他在宽带节能射频/毫米波电路、新型收发器阵列架构和天线电子协同设计方面的贡献得到了认可，对业界的研发活动方向产生了重大影响。 将想法变成硅 柏林工业大学的Gerfers教授目前指导15名博士生研究5G/6G架构和解决方案，主要使用22FDX平台，同时也在追求高速通信技术的研究，如汽车以太网和光通信。目前的一个项目是研究世界上第一个单片集成的6G收发器，目标是确定还有哪些技术可以与22FDX技术集成，以实现从天线到数字位的10-15GHz带宽。 他曾在飞利浦、英特尔、Inphi和苹果公司从事企业研究，并在两家初创公司Alvand Technologies和Aquantia工作。他于2015年加入柏林理工大学，并于同年开始与GF合作。他说，从那时起，与GF的成功合作在数量和强度上都有所增长。 Gerfers教授说，高频应用中的能源效率和稳健性能是未来6G无线通信系统未满足的关键需求。"不仅在德国，而且在全球，人们越来越感觉到，微电子学正在成为许多社会和技术相关领域的瓶颈。这就是为什么GlobalFoundries设立的计划如此重要。他说："它是微电子学持续进步的一个关键推动因素，因为它使我们有机会获得我们所需要的尖端技术，把我们的想法和创新变成硅。 "而且，22FDX技术的卓越性能和特点解决了一个广泛的应用空间。我们用它来构建高带宽收发器，很少有平面晶体管能在保持严格的噪声和相位噪声预算的情况下达到目标功率效率。我们相信22FDX技术具有远远超过250GHz的使用潜力，因此对我们的技术和我们想要解决的应用来说是最佳的。此外，例如，德国汽车制造商正在使用基于FDX的IC，这不仅是因为它们的功率效率高，而且还因为该技术足够强大，能够处理严格的汽车要求。" Gerfers教授还指出，与FinFET相比，基于FDX的电路更简单，学生更容易设计和布局，如果没有大学合作计划，"我们就只能使用28纳米甚至更早节点的平面晶体管，而且实际上不可能证明我们的电路解决方案的功率效率"。 弥合学术界和产业界之间的差距 芬兰在移动通信的发展方面拥有悠久而卓越的历史。这里是GSM（2G标准）的开发地，并在1991年首次部署；这里是行业巨头诺基亚的总部；也是2018年启动6G旗舰计划的地方，这是世界上最早和最大的6G研究计划之一。 奥卢大学的帕西宁教授说，学术界与工业界的接触对于持续进步是必要的。"在芬兰，我们学术界从一开始就帮助推动这个正在崛起的产业。我们的作用一直是在经典学术研究和企业产品开发活动之间架起桥梁，我们一直处于2G、3G和4G的核心位置，我们正在帮助世界实现5G，"他说。 "现在，我们在奥卢已经围绕6G技术建立了一个实质性的项目。诚然，5G才刚刚开始启动，有许多挑战，我们正在努力解决。然而，现在是向前看的时候，因为无论做基础研究需要多长时间，把这些知识带到工业界可以有效使用的地步需要更长时间，"他说。"大学的任务是向前看，尝试做我们还不知道如何做的事情。这正是科学的目的"。 帕西宁教授的专长是蜂窝电路和收发器，直至5G及以上。在研究生阶段，他领导的团队生产了第一个单晶硅的3G电路，后来他又是蓝牙LE（低能量）标准的贡献者之一。他在诺基亚研究中心工作了10年，是该公司CEO技术委员会的成员，也曾在瑞萨和博通担任过关键的技术开发职务。 在奥卢，他领导着一个由博士生和其他教授组成的约20人的团队，他们试图了解未来的应用需求，并开发电路和系统来满足这些需求。他们的研究包括相控阵、天线设计、高效波束成形和其他相关课题。该团队还在开发一个复杂的实验室来测量无线电系统的空中性能。 "我们与GlobalFoundries的22FDX和45RFSOI技术合作，两者之间的差异引人入胜。他说："22FDX技术的集成能力非常出色，我们还在学习它的能力，这意味着对于我们做集成电路设计的学生来说，有机会使用它是一个独特的优势。"这些年来，我们已经使用了很多45RFSOI技术，由于我们对它有更多的经验，我们把它用于我们的大型芯片。" "他说："获得硅和探索创新想法的自由是我们与GlobalFoundries关系的主要优势，而且能够通过该计划与其他同样处于领先水平的教授分享我们的工作是非常美妙的。"他说："从某种意义上说，我们在与他们竞争，但我们的工作也从他们的知识和发生的互动中受益。 未来无线的梦想系统 佐治亚理工学院的电路与系统中心（CCS）是该校开发用于通信、雷达和医疗保健的高频电子技术的核心，其主任和GF合伙人王华教授（博士）说，佐治亚理工学院CCS中心拥有8名核心教师、90多名博士生和12名博士后学者。 王教授自2012年加入佐治亚理工学院，在进入学术界之前，他曾在英特尔和Skyworks Solutions工作，领导了毫米波电路和系统以及低成本蜂窝式前端模块（FEM）的新型解决方案的开发。 GT CCS中心的重点是探索用于5G和6G以上通信和传感的RF/mmWave/THz集成电路和系统。其他与无线相关的研究课题包括天线/电子协同设计；功率放大器；以及人工智能（AI）辅助的自适应RF/mmWave电路和MIMO系统。CCS中心在高性能计算、低温电子学、生物电子学和生物传感器、物理层安全和基于人工智能的设计自动化方面也有广泛的研究组合。 "他说："我们正广泛关注无线电路/系统设计的创新；特别是推动输出功率、带宽和射频/毫米波FEM电子的重新配置。"所有这些对5G及以后的发展真的很重要，因为频率越高，信号路径损失越大，为了克服它，每个电路元件只需要更强大。另外，因为这些毫米波系统中更多的是去做阵列，热量管理变得很困难，能源效率从未如此关键。" "他说："对于未来的无线通信，我们的一个主要优先事项是，鉴于越来越多地使用复杂的频谱效率调制，找到最佳的方法，以高线性度的大规模数据率传输和接收信息。 王教授说，对天线/电路协同设计的需求也越来越大，因为在更高的频率下，波长更短，现在已经达到了与平面电子电路相同的尺寸。"他说："这为功率组合、滤波、噪音消除、甚至直接在天线域进行STAR通信提供了耐人寻味的可能性，但一切都必须从整体上考虑。"例如，现在我们真的有机会重新架构无线前端系统，考虑分布式电子和辐射结构如何共同调制、发射和接收复杂的电磁信号。而且我们可以探索它们在通信、成像和传感方面的用途。但这里的许多创新必须依靠不同领域知识在不同抽象层次上的共同设计。协同设计在封装层面也很重要--把天线放在封装上，还是放在芯片上，这是一个问题。" 王教授说，GF的技术平台在这方面有很多优势。"45RFSOI平台的基材电阻率很高，你可以用它来制作高效的毫米波前端电路和天线。对于5G，我们一直在使用它和22FDX平台，因为它们非常适合高毫米波应用。此外，根据各种研究，我们看到了SiGe器件的前景，这些研究表明其Fmax--衡量晶体管速度的标准--可以推到700GHz以上，而且该技术适合高产量和高效制造。" 王教授告诫说，速度只是未来高频无线系统的一个关键要求。在未知或动态环境中以低延迟处理信号复杂性的能力同样重要。 "我的梦想系统将整合先进的SiGe器件和高性能CMOS技术，以帮助我实现下一代无线电子产品所需的配置。幸运的是，由于GlobalFoundries的帮助，我和我的学生都可以得到这两样东西"。
