Исследователи из Токийского технологического института в сотрудничестве с Национальным институтом информационных и коммуникационных технологий (NICT) в Японии создали новый беспроводной чипсет со скоростью передачи данных 640 Гбит/с, что в 100 раз быстрее, чем 5G.
Чип изготовлен с использованием технологии комплементарного соединения металл-оксид-полупроводник (КМОП), что делает его экономически эффективным и пригодным для крупномасштабного производства.
В настоящее время используются миллиметровые диапазоны частот для удовлетворения растущего спроса на более быстрые услуги беспроводного Интернета, которые также могут обрабатывать большие объемы данных. Пятое поколение услуг мобильного интернета, известное как 5G, работает на частоте 24-47 ГГц и может обеспечивать скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Следующее поколение этой сети связи будет использовать полосы частот в диапазоне 110-170 ГГц, что обуславливало необходимость разработки беспроводных чипсетов, способных работать в этом диапазоне. Однако на этих частотах существует повышенная вероятность ослабления или потери амплитуды сигнала. Таким образом, требование к проектируемому чипсету включало его способность, чтобы генерируемый сигнал мог поддерживать свою мощность.
Исследователи под руководством Кеничи Окады, профессора инженерной школы Токийского технологического института, использовали 65-нм кремниевую архитектуру для создания чипсета с полосой пропускания 56 ГГц.
Чип-трансивер состоит как из передающей, так и из приемной интегральных схем (IC). Размеры передающего компонента составляют всего 1,87 х 3,30 мм, в то время как размеры принимающего компонента составляют 1,65 х 2,60 мм. Микросхема также оснащена широким спектром усилителей для улучшения качества сигнала. Например, малошумящие усилители повышают мощность сигнала при минимизации шума, в то время как распределенные усилители улучшают линейность сигнала. Встроенный в чип преобразователь частоты позволяет настроить частоту в нужном диапазоне.
Чтобы оценить возможности нового чипа, исследователи подключили его к внешней антенне, используя для передачи сигнала формат волновода вместо формата линии передачи. Используя этот чипсет, исследователи успешно продемонстрировали высокую линейность для многоуровневой модуляции. При модулированном сигнале с квадратурной амплитудной модуляцией 32 КАМ и символьной скоростью передачи 40 Гбод исследователи достигли скорости передачи 200 Гбит/с. Частота ошибок в битах была меньше 10-3.
При использовании модуляции 16 QAM исследователи успешно достигли скорости 120 Гбит/с на расстоянии почти 50 футов (15 м).
Чтобы протестировать микросхему в конфигурации с несколькими входами и несколькими выходами, исследователи подключили ее к четырем модулям передатчика и четырем модулям приемника, где каждая антенна могла обрабатывать свой собственный поток данных. При модуляции 16 QAM каждая антенна достигла скорости 160 Гбит/с, что обеспечивает общую скорость передачи 640 Гбит/с. Это в 100 раз быстрее, чем системы 5G, доступные в настоящее время на рынке.
“Предлагаемый набор микросхем является перспективным для следующего поколения беспроводных систем, поддерживающих автоматизированные автомобили, телемедицину и расширенные возможности виртуальной реальности”, - говорится в пресс-релизе Окады.
Результаты исследования были представлены на симпозиуме IEEE 2024 по СБИС-технологиям и схемам, который проходит в Гонолулу, США.
