GF与领先的研究人员合作开发6G技术

通过其大学合作计划，GF从学术研究人员的专业知识中获益，同时为他们提供了展示创新设计的技术途径。

作者：Gary Dagastine

就在5G技术开始认真部署的时候谈论6G无线通信似乎为时过早，但研发界已经在努力研究使6G在本十年晚些时候成为实用和商业现实所需的技术。

GLOBALFOUNDRIES（GF）正在采取措施，通过与顶尖大学的顶尖研究人员合作，利用其FD-SOI、RF-SOI和SiGe平台的无可比拟的优势，确立在6G领域的领导地位，这些平台已经在5G和其他无线应用中得到证实，具有行业领先的性能和成本效益。

无线连接与人工智能（AI）、边缘到云计算和汽车解决方案一样，都是GF的重点，因为公司的战略是成为差异化、功能丰富的技术的领先供应商，帮助塑造我们世界的数字化转型。

6G是第六代无线通信技术。它将明显快于5G，能够以可能达到或超过每秒100千兆字节（Gb/s）的速度传输大量数据，几乎没有有效的延迟或滞后时间。

Gammel说，还有无数种6G技术将帮助改变世界。"在Covid-19大流行期间，我们已经熟悉了远程医疗的概念，而6G可以将其提升到新的高度。他说："例如，在机器人手术中，栩栩如生的3D图像不仅可以指导外科医生完成一个特别具有挑战性的手术，而且使用机器人的外科医生可以位于离病人数千英里之外。"6G还将促进人工智能在网络中从边缘、客户到核心的所有地方的使用，以提高效率、速度和降低成本。"

6G技术挑战与机遇

6G系统的技术标准尚未制定，但最初的6G频率范围可能在50GHz至200GHz左右，预计最初的应用在低端，接近5G的高端。这是射频频谱中速度极快且不拥挤的部分，但这些毫米波（mmWave）频率具有某些特性，使6G系统的技术开发和经济性受到挑战。

一个主要的技术挑战是需要高功率的LNA放大器（无线系统的一个关键组成部分）来放大低功率的6G信号，而不明显降低信噪比，这是无误差性能的关键。

另一个是需要准确的毫米波器件模拟和模型，以及经过硬件验证的工艺设计工具包，或称PDK，以便成功地进行具有成本效益的半导体设计和生产。这是一个在高频率下尚未满足的巨大需求。

不过，最大的问题可能是毫米波遭受高传播损失，因为它们被大气中的水蒸气和氧分子吸收，所以找到增加收发器空中输出功率的方法至关重要。另一个传播挑战是，毫米波很容易被墙壁、树木和其他物体阻挡。

这些传播挑战意味着6G网络将需要许多基站和小基站，它们彼此之间的距离相当近，以中继信号。鉴于这些密集的网络将需要大量的半导体，经济考虑将是至关重要的。

Gammel说，所有这些挑战都发挥了GF的优势，其中包括。

• 22FDX™和22FDX+ FD SOI解决方案，在一个芯片中结合了射频、模拟、嵌入式存储器和高级逻辑，具有动态电压扩展和无可比拟的设计灵活性，可实现峰值性能和能源效率。客户使用FDX进行诸如将前端模块（FEM）元件（如数据转换器、低噪声放大器、功率放大器（PA）和开关）与收发器集成的任务。
• GF的射频SOI解决方案系列，用于5G基站和智能手机的集成FEM和波束成形器。
• 用于Wi-Fi和毫米波FEM的GFs系列硅锗（SiGe）BiCMOS解决方案

"6G让我们看到了基于合并技术的解决方案的前景，而GF在这些技术上已经拥有无可争议的领先地位，"Gammel说。"这些经过验证的、具有成本效益的解决方案的伟大之处在于，它们远远没有达到其能力的极限。它们的性能可以随着无线行业的发展而扩展，超过5G频谱的上限，延伸到6G频率范围。客户将不必求助于新技术和奇特的材料来获得他们所需要的性能；他们将能够从被充分理解的、可生产的和具有成本效益的硅基技术中获得性能。 

与领先的6G研究人员建立伙伴关系

GF正通过公司的大学合作计划积极推动6G电路和系统研究，通过该计划，GF向与GF研发团队合作的特定大学团队提供技术，并分享其研究成果。

该计划规模庞大，影响深远。"在全球范围内，我们与超过35所大学在包括6G在内的各个技术领域开展合作，"GF外部研发管理部高级经理兼副主任Bika Carter说。"同行评议发表的论文是衡量我们学术伙伴质量的一个重要标准，他们的出版产量很大，而且在不断增长。在2019年和2020年，我们的教授在我们的技术领域已经有超过200篇出版物。我们在22FDX、45RFSOI、硅锗（SiGe）和硅光子技术方面有活跃的大学项目。"

Ned Cahoon是GF移动和无线基础设施首席技术官办公室的高级主管，他与许多隶属于GF大学合作计划的教授密切合作，这些教授正在研究6G技术。"他说："我们是毫米波领域的技术领导者，因此我们寻找那些正在解决我们认为是关键的6G电路和系统问题的教授和学术项目，这些问题可以通过GF的差异化技术来解决，例如频率超过100GHz的FE或前端电路。他说："与我们合作的教授在他们的领域里很有名气，有很好的记录，我们与他们作为合作伙伴一起工作。他们与我们分享他们的研究，而我们通过让他们使用我们的多项目硅片来帮助推进他们的工作。"

毋庸置疑的硅

GF的学术伙伴之一是Gabriel Rebeiz博士，他是加州大学圣地亚哥分校的杰出教授和无线通信行业捐赠主席。Rebeiz教授是美国国家工程院院士和IEEE会员。他是通信和国防系统集成相控阵的先驱，也是第一个将MEMS和微机械加工引入射频/微波领域的人。

在加州大学圣地亚哥分校，他的小组领导了相控阵应用的复杂射频集成电路的开发。他的相控阵工作现在被大多数开发复杂的通信和雷达系统的公司所采用，他已经培养了大约100名博士生和博士后研究员。

目前，他的学生正在进行一系列广泛的研究项目，从45RFSOI的宽带系统到140GHz相控阵。"在6G出现之前，会有24GHz、28GHz、39GHz和46GHz的芯片用于5G通信，所以我们正在研究大量的宽带芯片，使用相同的工艺和技术，我们将扩展到6G设备，"他说。"这些都是高风险、高回报的项目类型，我们挑战技术的极限。GLOBALFOUNDRIES在我们做这些工作时一直是一个很好的合作伙伴。我们涵盖了一个大的技术领域，他们支持我们的创新工作。"

Rebeiz教授说，他相信硅是5G频段更高层次的解决方案，也是高达220GHz的6G应用的解决方案。例如，他的团队在前向路径发射模块（FPTM）中使用GF的技术，最近在140GHz时实现了12dBm的输出功率，效率为11-12%。他说："对于点对点通信来说，这是一个惊人的好数字，因为目前的优势数字是6dBm，而且，我们是在140GHz下实现的！"。

"由于密集的6G网络所需的元素数量大大增加，如果这些系统要实用，每个元素所需的功率必然减少，而不是我们现在在28GHz时每个元素20dBm，我们可能只需要3-6dBm，"Rebeiz说。"因此，毫无疑问，像22FDX这样的高功率硅技术将在100GHz以上的任何阵列应用中占据主导地位。"

当然，许多挑战仍然存在--Rebeiz教授说，包装和测试是关键需求。 "我们要怎么做才能使测试在未来能够负担得起？没有人会测试到140GHz，因为它是如此困难和昂贵，但没有它我们就无法取得进展"--但这项工作对他的学生来说是一个巨大的机会。

他说："我的学生和我都是搞硬件的，"他说。"我们喜欢建造东西。我的学生们所做的事情对世界来说是极其重要的，因此，这对他们来说确实是一个黄金时代。