Американские инженеры разработали беспроводной чип, обеспечивающий скорость на уровне оптоволокна
Инженеры из Калифорнийского университета в Ирвайне совершили прорыв в беспроводной связи, разработав чип, работающий на частоте 140 ГГц и способный передавать данные со скоростью, сопоставимой с оптоволоконными линиями. Эта разработка открывает путь к технологиям следующего поколения, таким как 6G. Работы над чипом велись с 2020 года под руководством профессора электротехники и вычислительной техники Пайама Хейдари, чья команда осознавала, что традиционные архитектуры чипов скоро достигнут предела своих возможностей.
Ключевой задачей было преодоление "барьера" в 100 гигабит в секунду без перегрева чипа. Исследователи кардинально переосмыслили подход, устранив так называемое "узкое место ЦАП" (цифро-аналогового преобразователя). Вместо генерации сигнала в цифровом виде с последующим преобразованием, они сконструировали передатчик, который создаёт сигналы непосредственно в радиочастотной области с помощью трёх синхронизированных субпередатчиков. Эта технология, названная RF-domain 64QAM, позволяет чипу быть чрезвычайно энергоэффективным и передавать больше данных без перегрева.
Однако проблема высокой энергопотребления существовала и на стороне приёмника, где аналого-цифровые преобразователи (АЦП) на сверхвысоких скоростях потребляют огромную мощность. Для решения этой проблемы команда разработала интеллектуальный приёмник, использующий метод иерархической аналоговой демодуляции. Этот подход, как объяснил бывший постдокторант UC Ирвайн, а ныне сотрудник Qualcomm Юсеф Хассам, позволяет иерархически разлагать сложный сигнал в аналоговой области, извлекая данные до их оцифровки, что требует лишь доли энергии от типичных затрат.
Разработанный приёмный чип, созданный по 22-нм технологии, потребляет всего 230 милливатт мощности. Новая архитектура не только обеспечивает работу в диапазоне 140 ГГц, но и подходит для массового производства. Как заявил профессор Хейдари, эту технологию можно назвать "беспроводным оптоволоконным патч-кордом", поскольку она предлагает колоссальную скорость без физических кабелей. Работа в F-диапазоне, значительно превышающем частоты текущих стандартов 5G, предоставит огромные полосы пропускания для связи между машинами, роботами и внутри дата-центров, позволяя заменить километры медной проводки и сэкономить значительные средства на оборудовании, охлаждении и энергопотреблении. Результаты исследований были опубликованы в отдельных статьях о передатчике и приёмнике в IEEE Journal of Solid-State Circuits.