专家强调需要完整的5G解决方案

通过。加里-达加斯廷

GF在2018年世界移动通信大会上讲5G，全世界都在听

在西班牙巴塞罗那举行的世界移动通信大会是无线行业领先的年度盛会，今年2月底的大会上，关于5G无线技术的讨论十分热烈。GLOBALFOUNDRIES在展会的第一个上午就抓住了这个时机，推出了关于5G不断发展的用途和技术要求的特别节目。

首先，Gregg Bartlett和Bami Bastani博士分别是GF CMOS和RF业务部门的高级副总裁。他们分别为设备开发商、网络专家和高性能计算架构师概述了5G相关的半导体挑战和机遇。5G将影响所有这些领域，因为它使更智能的设备通过更高的带宽连接到越来越强大的数据中心。

随后，在GF全球销售和业务发展高级副总裁、GF ASIC业务部门负责人Mike Cadigan的主持下，进行了小组讨论。该小组由来自诺基亚移动网络公司、Mobile Experts LLC和德累斯顿大学的特邀专家组成。

他们深入分析了为什么5G网络不可能在全国范围内推广，为什么一毫秒的网络延迟是 "神奇的"，直接与代工厂合作如何能支持更全面的解决方案，以及许多其他重要的考虑。

5G计算需要优化的硅

巴特利特说，5G将推动设备和数据中心的计算要求发生深刻变化，因为随着用户的增多，每个用户的交易量增加，每笔交易的内容更加丰富，网络流量的复杂性和数量正在成倍增长。

"他说："数据中心应用将需要非常快的处理器和接近100%的正常运行时间，而边缘连接设备将需要具有极低功耗/低泄漏性能的芯片，并具有用于存储的嵌入式内存和用于无线连接的射频。

他说，这两种应用也将利用人工智能（AI）功能，但它们的方式不同。数据中心将使用人工智能来学习、预测和指导设备和网络的行为，而汽车摄像头等边缘连接的设备将在本地使用人工智能进行实时处理和推理。5G带宽对于支持所有这些用途至关重要。

巴特利特说，许多公司将发现很难利用5G的机会，因为在设计工具、EDA、知识产权（IP）开发和验证方面需要大量投资。"他说："许多新的创新公司无法吸收这些开发成本，他们需要既能提供竞争优势又能降低未来成本的技术解决方案。

他解释了GF的双技术路线图如何提供这种灵活性，先进的FinFET CMOS技术用于高性能计算，FD-SOI技术用于无线和电池供电的应用，这两种技术都可以与一流的射频功能集成。特定应用集成电路（或称ASIC）是通向5G的另一条道路，GF提供领先的ASIC IP组合和超过1000名经验丰富的工程师。

虽然许多客户对这种范围广泛、灵活的代工解决方案趋之若鹜，但并非所有的代工厂都能做出回应。"他说："我们有越来越多的我称之为'革命性'的客户组合，他们以新的硅为楔子，打破或改变他们行业的传统竞争框架。"他们要求更容易地获得硅，我们已经相应地调整了自己，以提供他们所需要的优化解决方案。"

5G连接带来了更多的复杂性

在连接方面，Bami Bastani说5G将分阶段推出，利用现有的4G/LTE骨干网。首先将对现有系统进行增强，然后初步推出具有大规模MIMO架构的6GHz以下频段，用于高速传输，然后进行第二次推出，通过利用毫米波频段扩大网络容量，推动更高的数据传输速率。

"这都意味着需要一个更复杂的无线电，一个不仅能与新的网络协议配合，还能与传统协议和频段配合的无线电，"他说。"因此，随着从4G到5G的过渡，前端模块（FEM）必须在许多方面有所发展。"

Bastani说，GF丰富的射频产品组合包括硅绝缘体（SOI）和硅锗（SiGe）技术平台，为客户创造了差异化优势，因为这些优化的解决方案可以满足客户特定的性能、复杂性和成本要求。他举了两个例子。

对于5G基站来说，天线阵列的控制将需要更复杂的信号处理电路。"这个过程被称为波束成形，它可以用模拟、数字或混合电路完成，这取决于阵列的大小。他说："系统如何划分决定了技术的选择，而GF有丰富的产品来满足所有的要求。

对小型移动设备的要求是不同的。"你现在面对的是更小的阵列，为了达到相同的辐射功率，每个元素需要更高的功率。他说："好消息是，我们现在可以以数字方式进行大部分波束成形，从而利用22FDX等先进节点的扩展来实现这些应用的低功率和低成本。

行业专家概述5G的未来

随后，讨论转向专家小组，包括移动专家的首席分析师Joe Madden、德累斯顿大学德国电信通信网络讲座负责人Frank Fitzek教授和诺基亚移动网络射频集成电路研发负责人Michael Reiha。

Joe Madden开始了小组对话，他评论说，5G网络的推出将与以前的网络技术不同。这些技术的特点是部署速度快，因为它们使现有的、广泛使用的应用程序（如电子邮件）得以无线化。他说，相比之下，5G主要有利于网络运营商和尚不存在的市场。

"从网络运营商的角度来看，5G的真正优势在于成本。他说："今天，在LTE网络上传输1GB数据的成本约为1.5美元，但有了毫米波5G，它可能是5美分或更少。"这意味着最初会有一些部署的岛屿，比如在网络流量密集的城市中心，或者某些物联网应用特别需要它的地方。

在谈到5G标准的话题时，Cadigan要求Fitzek教授描述它们的发展方式，以及它与代工技术的关系。"传输更多的数据并不是真正的问题，这都是关于延迟的问题。在这方面，为什么我们一直争论说1毫秒的延迟要求是如此神奇？嗯，这与反馈环路的物理学有关，"Fitzek教授说。(延迟是网络中固有的延迟）。

他举了一个例子，一个50赫兹的发电厂向智能电网供电。他说，电网中仅仅10毫秒的延迟就会导致发电机的电力输出出现如此大的相位偏移，以至于它可能被损坏，而1毫秒的延迟就足够了。

"许多人认为，如果你把错误的延迟数字放进标准中，你可以在以后修复它。但它将很难修复，为了获得5G网络的全部价值，它必须从一开始就存在。"他说，这对半导体技术专家来说并不构成问题，因为他们已经非常熟悉反馈回路。

Reiha说，对低延迟的需求是诺基亚自己设计其最近推出的5G Reefshark芯片组而不是与无晶圆厂半导体公司合作的主要原因。Cadigan问他这对未来的代工关系可能意味着什么。

Reiha说，为了实现如此低的延迟，人们需要全面地看待5G的要求，对未来有一个足够灵活的半导体解决方案来支持的愿景。"诺基亚贝尔实验室实际上写了一本关于大规模MIMO的书，这使我们能够理解基于系统的挑战。我们也了解半导体功能无缝集成的重要性，"他说。

"我们期望从我们的代工厂那里得到的是诚实的对话和对知识产权的开放，以保持我们的质量标准。我们需要高质量的知识产权，因为我们不能做所有的事情，我们不是所有领域的专家，"他说。

Cadigan继续问小组成员，他们对GLOBALFOUNDRIES在5G领域采取的方法有什么看法。马登说，GF整合各种技术的能力是非常重要的。"随着我们走向大规模MIMO阵列，有压力减少无线电阵列以及接收器的尺寸。不能有大的传输线，所有东西都紧密集成的多芯片模块是必不可少的，"他说。Cadigan注意到了从IBM来到GF的先进封装技术。

Reiha说，GF拥有一流的射频能力，从诺基亚的角度来看，继续不断改进射频的设备模型是关键。他说："这对于热设备模型和SOI等技术尤其需要，以实现更多的无缝混合信号仿真环境，这将使我们建立更多的传感器，并将更多的控制放在我们的射频芯片上，这将真正让我们专注于在天线接口处拥有人工智能的足迹，" 他说。

Fitzek教授谈到了软件的重要性和GF技术的开放性。"因为在这一点上，你无法真正预见用户会做什么，而机器学习也会有自己的目的，你的软件API在未来只会变得更加重要。"