您为5G做好准备了吗？

5G

这种新的通信标准可以改变整个行业的架构决策，但不是立即，也不一定是以非常明显的方式。

5G一直被吹捧为许多细分市场的新推动者，包括手机，汽车，虚拟现实和物联网。但是，关于这种新的无线标准何时以及如何影响不同的细分市场及其对半导体设计的影响，存在许多问题和许多猜测。

随着通信速度和低延迟的数量级改进的承诺，系统供应商将需要决定是在本地还是在云中处理数据，以及在哪里应该做多少。这将对半导体架构产生重大影响，从处理器和内存选择到片上吞吐量，I / O速度，功耗预算甚至电池尺寸。此外，这些决定将受到5G基础设施和通信频率的影响。

5G网络与连接

但是，任何这种情况发生可能需要数年时间。最初，5G部署的大部分将在6GHz以下范围内，与4.5G（既LTE-Advanced）相比拟。最大的受益者将是手机行业，它将在一段时间内仍然是该技术的最大消费者。手机将继续定义标准和驱动力，它们仍将是这项技术的最大资金来源。

这是下一个发展阶段，当引入毫米波技术时，最重要的变化开始发生。一般的经验法则是，对于任何要成功的新技术，它必须能够提供10倍的收益，其可以是性能，功率降低，降低成本，更小面积或者许多属性的组合。而在这里到那时，5G将真正开始闪耀。

RaGus Labs的系统和解决方案副总裁兼著名发明人Steven Woo表示，“5G将在连接方面取得重大改进，目标是达到4G目标的1000倍。” “除了改善带宽，5G还承诺更低的延迟和更好的覆盖范围。”

基于5G的先进的互联网服务

在mmWave（毫米波）的早期，设计成本和硅芯片面积将显着增加。功耗将成为主要关注点，具体取决于基础设施和负载 - 信号发送的位置以及这些信号到达后正在进行的计算。

对物联网的影响

可以从5G真正受益的一个领域是边缘计算，其中功率是限制因素。 “我们希望物联网边缘设备在5G时使用更少的能量，因为接入点平均更接近，”Cadence产品营销总监Neil Robinson说。 “这意味着与4G所需的更长距离相比，通信期间所需的功率更少。”

这为比现在更复杂的处理和通信方案打开了大门。 “5G将提供更高的带宽，这意味着越来越多的连接端​​点将更容易将数据传输到可在本地处理数据的相邻位置，”Woo说。 “这意味着只有更高级别的信息和/或数据本身可选择传输到云数据中心中。”

智能IoT设计

但这种方案也会很快变得复杂。 “5G所需的显著更高的带宽和多天线策略意味着它们本质上更耗电，”西门子商务智能仿真部门营销高级主管Jean-Marie Brunet指出。 “然而，人们普遍认为，大多数物联网将是机器对机器（M2M）通信。有争议的是，M2M通信模式比人类发起的物联网更容易预测，因此M2M实例的低功耗算法应该更加高效。“

实际收益因应用和地区而异。 “最重要的是，5G每比特的功率降低10倍至100倍，相应凸起10倍的带宽，可以在功率寿命方面产生净增益，并且功率效率提高10倍。这很可能取决于所使用的模式。“

这足以影响架构吗？物联网边缘设备已开始在本地整合推理，以避免与将大量原始数据传输到云中的相关带宽要求的影响。

5G支持的服务

“如果需要和/或适当的话，更高的带宽和更低的延迟将使在云中进行处理推理变得更容易，”Cadence的Robinson说。 “但是，隐私，安全性，延迟和电源问题可能会使其不合适。”

Cadence的Tensilica IP产品管理和营销高级总监Lazaar Louis回应了这些担忧。 “有隐私和安全问题的情景将继续在边缘进行推理，”他说。 “将传感器信息传递到云会消耗能量，因此通过执行inf可以节省在边缘徘徊时边缘消耗的能量。“

Rambus Labs的Woo对此表示赞同。 “更高的带宽可能无法消除端点上的推理计算需求，但它们将允许更多数量的物联网设备互连，使基础设施能够满足对更多支持互联网的设备不断增长的需求，以及他们捕获和传播的数字数据将会越来越多。“

VR和AR

虚拟现实遇到了障碍。如果没有更高的数据速率，供应商很难消除晕动病，这限制了这项技术的采用率。毫米波技术可以帮助解决这个问题。虽然mmWave信号不能通过墙壁并且仅在相对短的距离上操作，但VR头戴式耳机通常距离控制器仅几英尺。

VR技术的发展

“与以前运行同一游戏的4G时代的产品相比，高分辨率的8K游戏流媒体活动肯定会更快地杀死电池，”Brunet承认道。 “但这并不是因为5G。这是因为先进的CPU和显示特性。在mmWave频率下，对于无线电（OTA）功率要求会对收发信机的功率效率会产生加速影响。“

汽车

自动驾驶需要许多技术，而5G就是其中之一。 “较低的延迟为具有自动驾驶功能的联网车辆带来了好处，其响应时间至关重要，特别是在高速公路上，”Woo说。 “改进的覆盖范围将与更多的本地处理能力相结合，这将使数据能够更加聚集和处理，更靠近生成它的端点，从而减少数据移动，而减少长距离数据移动是5G的关键优势，因为它可以改善延迟和功耗。“

V2X网络

汽车很可能成为通讯枢纽。 “汽车将成为小型发射器，”罗宾逊说。 “现在有些类似于802.11p（V2V），4G / OnStar（V2X）。电视网络有阻力想要使用为V2V分配的相同频谱。他们声称，在自动驾驶时，不需要V2V，而是在路边使用V2X来了解其他车辆的存在/意图。“

其他人对此表示同意。 “车载到一切（V2X）将主导通信，车辆将成为具有许多发射器的移动网络 - 在许多情况下，每个功能域有多个发射器，”Brunet说。 “V2X将成为安全的关键推动因素，其中LiDAR或RADAR根本无法看到角落，5G的分集作用取决于角落周围的反射来运行。”

他们是否从其他汽车或路边信息中获取信息尚不清楚。 “汽车将在自动驾驶体验方面做出更好的决策，为他们提供更多信息，”Cadence的Louis说。 “高级自治将受益于来自其他车辆或基础设施的V2X通信。例子包括路径规划和车道变换辅助。“

5G支持的先进服务

新的通信能力也将创造今天尚未充分考虑的可能性。 “连接车辆只是可能受益的众多设备之一，”Woo说。 “更高的带宽和更好的覆盖范围以及更多的本地处理将有助于车辆与周围环境以及本地地图数据进行通信，以便在未来更好地导航道路。今天的联网汽车已经捕获了大量数据，其中一些信息被传输到云端。预计汽车将继续发展为信息枢纽，因为它们可以作为乘客设备的连接点（很像移动电话作为智能手表和健身设备等外围设备的连接点），并与之进行点对点通信。其他车辆，用于沟通车道变更，交通状况和危险信息等预期行动。“

实施考虑因素

今天大多数5G实现都是原型，并不是所有的影响都已经解决了。例如，5G可以在每秒10到20千兆位之间的速率运行，但数字系统必须能够以此速率运行才能利用这些速度。如果要在较旧的节点上制造数字内容以降低成本，则可能限制可以使用的技术节点或需要高级封装解决方案。

各种应用的实现需求

Rambus产品管理高级主管弗兰克费罗说：“这是摩尔定律减速的结合，也是芯片复杂性和所需处理的复杂性。” “你不必做一个大型ASIC，而是要问分解它是否更具成本效益。是否更便宜地使用两个较小的ASIC或重复使用您已投入大量资金的混合信号内容？如果您已经在高速工艺技术上进行了投资，那么您是否希望继续扩展？或者您可以使用现有技术和接口技术，而不必每次改变工艺节点来开发SerDes？“

同样，不同的产品领域可能得出不同的结论。罗宾逊说：“我没有意识到5G节点的期望。” “这将归结为每个产品或公司的成本评估。当模拟需要以某种方式与数字集成时，最大的限制就出现了。这可能受最终产品尺寸，成本和功率限制的驱动。物联网边缘设备是极端的，高集成度是关键。他们也可能使用旧节点技术来降低成本，因为性能要求通常较低。 V2X，用户设备和基础设施通常由于尺寸和价格较大而具有单独的芯片。“

考虑标准时存在下游影响。 Rambus印度设计中心的高级主管Sunil Bhardwaj说：“一切都来自带宽要求或数据要求。” “需要制造更快的系统，这既适用于数字领域大力支持的处理，也适用于芯片能够将数据输出到其他芯片和系统的速度。这就是标准不断发展的原因，这些要求必然会推动数字和模拟方面的限制，以加快速度。使用较旧的工艺节点来支持一些现代标准是非常困难的。使用昨天的数字技术无法达到数据速率。技术扩展支持这些下游效应。“

VR涉及的研究课题

5G需要很多复杂的处理。 “通过将复杂性转移到数字面并允许不完美的原始模拟特性，可以显着减少功能块的面积和功耗，”Synopsys产品营销经理Manuel Mota说。 “将模拟模块（如超高速数据转换器和天线阵列）扩展到非常小的区域的能力是推动5G通信等新市场领域的关键推动因素。之前只能使用外部高功率芯片访问多GHz操作和信号带宽，这与小型封装和低功耗要求不相符，这些要求与电池供电和手持设备相关。

结论

关于5G以及它对各种市场的影响仍然未知。显而易见的是，它有可能导致架构被重新考虑，并且有可能发现过去无法实现的全新应用领域。但是，在此技术的大部分适用于其他领域之前，必须在基础设施层面和移动电话行业中进行大量昂贵的工作。

移动电话是消费者继续购买的昂贵物品，并且由在商业模式之上添加的服务支持。在这一点上，没有其他市场是这项技术的明显驱动力。汽车行业可能能够支持这些成本，但数量只是手机行业的一小部分。此外，没有明确的商业模式可让自动驾驶汽车为基础设施和数据付费，从而使其成为可能。物联网边缘节点成本低，整个投资必须通过提供的服务来证明。

（完）