La rivoluzione 5G con le soluzioni SoC personalizzate

Il 5G è la tecnologia di quinta generazione per le reti digitali wireless e cellulari. Nel 2019 le prime aziende hanno iniziato a testare e distribuire piccoli sottosistemi, con l’aspettativa che il 5G avrebbe rivoluzionato le applicazioni e le soluzioni di telecomunicazione negli anni a venire.

Si prevede che il 5G NR (New Radio) attraverso i nuovi standard, avrà entro il 2025 più di 1 miliardo di abbonati in tutto il mondo, trasformando le applicazioni esistenti e rivoluzionando i servizi cloud e l’Internet delle cose (IoT). Tutto ciò porterà a nuovi sviluppi e sforzi di ottimizzazione nel migliorare gli ecosistemi esistenti per i consumatori e l’industria in grado di supportare velocità di dati più elevate, requisiti di latenza dedicati e l’aumento del numero di dispositivi connessi.

Il 5G (NR) si differenzia generalmente fra tre casi d’uso. Ultra-Reliable Low Latency Communication (URLLC), Massive Machine Type Communication (MMTC) e Enhanced Mobile Broadband (EMBB).

Ultra-Reliable Low Latency Communication (URLLC)

L’URLLC fornisce una latenza molto bassa (<1ms via aria, 5ms end to end), un’altissima affidabilità (disponibilità del 99,9999% del tempo) e non richiede una velocità molto elevata per la trasmissione dati.  Queste caratteristiche sono fondamentali ad esempio per servizi come: missioni di salvataggio controllate in modalità wireless, chirurgia remota, sistemi di trasporto smart, automazione di fabbrica e applicazioni smart grid.

Massive Machine Type Communication (MMTC)

L’MMTC è ultra low cost e ha una densità di connessione estremamente elevata che abilita fino a 1 milione di dispositivi per km2, con una penetrazione di copertura di 164 dB e una durata della batteria di >10 anni. Tuttavia, l’MMTC ha requisiti di latenza molto bassi (circa 10sec) e un payload molto basso (20 byte/s), caratteristiche che si adattano al meglio per applicazioni come la logistica smart, le smart city, i sensori smart, gli elettrodomestici e l’industria connessi (talvolta indicati anche come Massive IoT).

Enhanced Mobile Broadband (EMBB)

L’EMBB è la prossima generazione ed estensione degli attuali servizi 4G LTE ma con connessioni più veloci, che supportano un’elevata mobilità (fino a 500 km/h). Permette di aumentare di 10.000 volte il traffico/capacità con velocità di dati più elevate (100Mbps e, quando necessario, con un data peak rate a partire da 10 fino a 20 Gbps) rispetto al 4G LTE. Ci si aspetta che l’EMBB generi un risparmio di energia di rete fino a 100 volte tanto e requisiti di latenza di circa 4ms.

Il 5G e Socionext

Gli ecosistemi 5G sono guidati e supportati da una varietà di applicazioni in rapido aumento  utilizzate nel dominio della rete wireless, nell’industria (incluso l’IoT) e con la prospettiva dell’utente finale. I fornitori e i vendor di ASIC 5G stanno investendo molto nel suo sviluppo del 5G. I requisiti avanzati richiedono soluzioni nuove e all’avanguardia, con l’obiettivo di abilitare non solo tutti i servizi richiesti, ma anche il risparmio sui costi, la riduzione del rischio commerciale e il raggiungimento del miglior time-to-market.

Socionext è uno dei maggiori fornitori mondiali di soluzioni System-on-Chip, con il focus su tecnologie Automotive, Industrial e Networking che guidano un’ampia varietà di applicazioni. Socionext è quindi ben preparata ad accogliere qualsiasi esigenza, risolvendo qualsiasi problematica, oltre a supportare e guidare clienti e partner verso i nuovi orizzonti del 5G.

Socionext è un produttore di dispositivi integrati (IDM) con il vantaggio di essere fabless, cosa che garantisce la massima flessibilità nella scelta della migliore soluzione possibile. Inoltre Socionext sta lavorando a stretto contatto con le fonderie globali ottimizzando in modo congiunto modelli e librerie (fino al livello dei transistor), con il risultato di disporre di prodotti e servizi eccezionali. La capacità di progettazione e sviluppo di Socionext utilizza un’ampia gamma di tecnologie di processo avanzate, ad esempio, da 40 nm a 5 nm. La scelta della giusta tecnologia assicura la migliore combinazione di prestazioni, alta integrazione, basso consumo, minimo investimento e speed-to-market. Inoltre, l’esperienza Socionext nel packaging e assemblaggio si traduce in capacità di prestazioni superiori e footprint più piccoli rispetto ad altre soluzioni standard disponibili sul mercato.

Ulteriori vantaggi sono la possibilità di scegliere tra le tecnologie di processo più adatte, la capacità di progettazione di circuiti ottimizzati utilizzando competenze uniche per l’implementazione dei circuiti integrati includendo software, packaging e test in-house. Questo permette a Socionext di raggiungere e rispettare parametri difficili come il basso consumo energetico, l’alta velocità di trasmissione dati con un tempo di esecuzione a latenza molto bassa, l’alta risoluzione/ gamma dinamica e le piccole dimensioni del chip.

Dalle discussioni iniziali con il cliente alla fase di spec-in, alla progettazione e sviluppo fino alla produzione finale, Socionext assicura i risultati attraverso soluzioni ASIC personalizzate e ottimizzate con alta affidabilità e standard qualitativi superiori. Il tutto si traduce complessivamente in soluzioni ASIC/LSI innovative e all’avanguardia, altamente flessibili e convenienti per prodotti completamente qualificati con una supply chain stabile.

Socionext è pronta a supportare la vasta gamma di applicazioni 5G e, in futuro, 6G con IP e soluzioni ASIC all’avanguardia e altamente specifici

Per le applicazioni 5G URLLC, MMTC e IoT, Socionext ha varie IP e soluzioni chip per supportare molteplici applicazioni guidate da questa tecnologia.  Queste includono ISP (Image signal Processor) dedicati, di alta qualità e low power, controller grafici (display) digitali e a segnale misto completamente qualificati o circuiti integrati codec per apparecchiature AV professionali o soluzioni compatte. Socionext offre per le comunicazioni IoT dedicate, chipset LPWA (Low power Wide Area Low cost) wireless o LSI cablati (power line) per trasmissioni dati sicure e ad alta stabilità a supporto dell’automazione domestica, degli edifici, della manutenzione, dei processi o delle fabbriche, nonché soluzioni di smart grid e sorveglianza smart.

Per il 5G – EMBB (Enhanced Mobile Broad Band) con bande inferiori a 6GHz (5G Primary Band) che utilizzano una maggiore larghezza di banda del canale, una maggiore velocità di trasmissione dati e hanno disponibilità di spettro contiguo, Socionext dispone di IP e soluzioni ASIC ben qualificate per applicazioni Digital Front End (DFE) o Active Antenna Unit (AAU).

Per il DFE, si potrebbe usare una nuova architettura RF diretta dedicata con comunicazione multibanda. Questo richiede l’uso di IP, ad esempio converter A/D veloci e altamente efficienti con una larghezza di banda sufficientemente grande per digitalizzare la banda di frequenza data, e un DSP (Digital Signal Processing). Rispetto a una soluzione tradizionale (eterodina), la soluzione RF diretta non richiede alcun mixer, amplificatore o blocco di filtri. Questo semplifica immensamente il sistema, riducendo il numero di componenti necessari e il consumo di energia, come mostrato nella Figura 1. Inoltre, il DSP integrato permette tecniche intelligenti di compensazione e ottimizzazione abilitando larghezze di banda flessibili in una banda di frequenza selezionabile digitalmente; queste caratteristiche potrebbero rivoluzionare l’espansione della rete mobile.  I converter A/D (IP) potrebbero utilizzare, ad esempio, frequenze di campionamento ottimizzate ≥ 32 GSa /s, una risoluzione ≥12 bit e un BW -3dB di ≥7 GHz.

Per l’AAU, un gran numero di converter A/D può essere integrato in un ASIC con basso consumo energetico e dimensioni, che è un requisito per la focalizzazione (MIMO beamforming) dei segnali verso unità e dispositivi mobili come mostrato nella Figura 2. Massicci array di antenne MIMO con piccole antenne a doppio percorso polarizzato sarebbero guidati da catene di ricetrasmettitori completamente digitali.

Fig. 2: Soluzione con converter A/D per Beamforming MIMO

 

Per il 5G – EMBB (ad esempio le Small Cells) che utilizzano le bande mmWave (conosciute come bande complementari 5G) ad alte frequenze (>28GHz) ma con una piccola lunghezza d’onda/larghezza di banda, può essere utilizzato un fascio punto-punto altamente direttivo, con multiplexing spaziale. Questo permette una minore interferenza e un uso più efficiente della potenza di trasmissione/ricezione, che è importante a causa dell’elevata perdita del collegamento. Socionext offre converter A/D (IP) con frequenze di campionamento ≥ 2GSa/s, una risoluzione ≥14Bit, e un -3dB-BW da DC a oltre 500MHz.

Altre applicazioni satellitari wireless, che utilizzano collegamenti di trasmissione μWave, o Terahertz (THz), che sono visti come tecnologie di supporto per estensioni ad alta velocità delle reti di comunicazione wireless, possono anche beneficiare di tali portfolio IP di piccole dimensioni e low power.

Soddisfare i requisiti e gli ultimi trend con i SoC personalizzati

I SoC personalizzati dedicati per le applicazioni 5G, giocheranno un ruolo cruciale per avere successo nella diffusione delle future reti wireless e delle relative opportunità di business.  Soluzioni ottimizzate ASIC/LSI di fascia alta saranno necessarie per rispondere alle esigenze future, adattarsi ai cambiamenti tecnologici e liberare l’enorme potenziale del 5G e del settore IoT. Per rimanere competitivi e assicurare il roll-out delle varie tecnologie in modo tempestivo, supportando l’intera infrastruttura ed ecosistema, il supporto degli esperti IDM sarà obbligatorio.

Socionext dispone di soluzioni brevettate e ottimizzate di circuiti, layout e chip (IC) che, con il know-how acquisito in molti anni, permettono al cliente di commercializzare con successo una vasta gamma di nuove applicazioni, anche in ambiti che vanno ben oltre le applicazioni di rete mobile 5G.

Socionext si impegna a lavorare con il cliente in ogni fase del percorso, dalla raccolta delle idee, alle specifiche preliminari fino al prodotto finale. Questo approccio garantisce il raggiungimento del massimo risultato con la migliore soluzione possibile che sia anche competitiva.

Poiché il traffico e le velocità dati nelle reti mobili raddoppiano ogni 2 anni, le tecnologie disponibili devono stare al passo con questo trend attraverso soluzioni sempre più veloci, efficienti e sempre più competitive. Ciò costringe gli operatori di rete, i fornitori di sistemi, i produttori di dispositivi e i produttori di chip a trovare nuove idee e ad implementarle per consentire un rapido time-to-market. Socionext risponde a queste richieste producendo ASIC personalizzati innovativi, ad alte prestazioni, efficienti dal punto di vista energetico e flessibili. Queste caratteristiche rendono in tutto il mondo le soluzioni Socionext all’avanguardia.