Рига: -8.7°С
Рекордная скорость: 15 ГБ данных за секунду по воздуху
Инженеры из Калифорнийского университета в Ирвайне (UC Irvine) совершили значительный прорыв в области беспроводной передачи данных. Они разработали инновационный приёмопередатчик, работающий в диапазоне частот 140 ГГц и способный достигать ошеломляющей скорости до 120 гигабит в секунду (Гбит/с). Это эквивалентно передаче колоссального объема данных — примерно 15 гигабайт в секунду.
Для контекста, такой показатель многократно превосходит современные стандарты: теоретический предел Wi-Fi 7 составляет около 30 Гбит/с, а самый быстрый мобильный стандарт 5G mmWave — до 5 Гбит/с. Разработанная технология, по сути, обеспечивает пропускную способность, сопоставимую с большинством оптоволоконных линий, которые используются в крупных центрах обработки данных и коммерческих сетях, где стандартная скорость передачи часто составляет около 100 Гбит/с.
Ведущий автор исследования, Цзисун Ван, отметил, что этот скачок скорости важен на фоне грядущего стандарта 6G, поскольку регуляторы и разработчики уже рассматривают частотный диапазон выше 100 ГГц как следующий рубеж развития связи.
Преодоление «узкого места» ЦАП за счет аналоговых вычислений
Основной проблемой при достижении таких экстремально высоких скоростей в верхних частотных диапазонах является так называемое «узкое место DAC» (Digital-to-Analog Converter, цифро-аналоговый преобразователь). Традиционные передатчики, использующие ЦАП, становятся чрезмерно сложными и крайне энергоёмкими на частотах в районе 140 ГГц и выше.
Команда UC Irvine нашла элегантное решение, отказавшись от доминирования цифровых компонентов в критической части цепи. Вместо одного сложного ЦАП они применили архитектуру, включающую три синхронизированных субпередатчика. Этот подход позволил значительно снизить энергопотребление устройства.
По словам руководителя лаборатории интегральных схем нанокоммуникаций UC Irvine Паяма Хейдари, ключевым моментом стал переход к аналоговым вычислениям вместо «прожорливых» цифровых решений. Это дало радикальный прирост энергоэффективности.
Поразительно, но новый трансивер потребляет всего 230 милливатт (мВт). Классический ЦАП, способный обработать поток данных в 120 Гбит/с, потребовал бы несколько ватт мощности, что сделало бы его абсолютно непригодным для мобильных устройств из-за мгновенного истощения заряда батареи.
Энергоэффективность и перспективы массового внедрения
Крайне низкое энергопотребление является, возможно, самым важным практическим достижением данной разработки. Как подчеркивал профессор Хейдари, при использовании традиционных методов «срок службы батареи следующего поколения устройств испарился бы за считанные минуты». Новый подход, выполняющий сложные расчеты в аналоговой области, позволяет обойти эти ограничения.
Технология изготовлена с использованием 22-нм техпроцесса FD-SOI. Важно отметить, что этот процесс значительно проще и дешевле в производстве по сравнению с передовыми нормами, такими как 2-нм или 18A от ведущих контрактных производителей, что существенно повышает шансы на массовое внедрение чипов в ближайшем будущем.
Исследователи видят в своей разработке не только замену для мобильной связи следующего поколения (6G), но и потенциальную альтернативу для инфраструктуры внутри дата-центров. Использование таких высокоскоростных беспроводных соединений может помочь сократить зависимость от километров физических кабелей, тем самым снижая затраты на инсталляцию и обслуживание сложной серверной инфраструктуры.
Контекст: Гонка за 6G и частотный спектр
Развитие технологий, подобных этой, напрямую связано с глобальной гонкой за создание сетей шестого поколения (6G), коммерческий запуск которых ожидается ближе к 2030 году. Нынешние стандарты, такие как 5G, в основном используют миллиметровый диапазон (mmWave) до 100 ГГц. Для обеспечения терабитных скоростей, которые обещает 6G, индустрия обращает внимание на так называемый терагерцовый (THz) спектр, который начинается от 100 ГГц.
Однако работа в этом диапазоне сопряжена с большими трудностями, связанными с потерями сигнала и сложностью обработки данных. Успех инженеров UC Irvine, продемонстрировавших надежную работу на 140 ГГц с низким энергопотреблением, прокладывает путь к освоению этих неиспользованных частотных полос. Их работа, описанная в двух статьях в IEEE Journal of Solid-State Circuits (одна посвящена передатчику «биты-в-антенну», другая — приемнику «антенна-в-биты»), демонстрирует, что необходимые компоненты могут быть созданы на кремниевой основе и быть достаточно экономичными для практического применения.
В конечном счете, эта технология обещает не просто ускорение загрузки файлов, но и поддержку новых этапов цифровой трансформации, включая более мощные приложения искусственного интеллекта на конечных устройствах и более тесную интеграцию машин и роботов, требующих мгновенного обмена огромными массивами данных.
Следите за новостями на других платформах: