Qual è la direzione di sviluppo dei diodi nella tecnologia di comunicazione 6G?
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1, alta frequenza e alta velocità -: innovazione del dispositivo che rompe i limiti fisici
La comunicazione 6G Terahertz (0,1-10 THz) presenta requisiti di prestazione senza precedenti per i diodi. I diodi di Schottky tradizionali si stanno avvicinando ai loro limiti teorici nella banda di frequenza delle onde millimetriche, mentre i nuovi sistemi di materiale basati sul nitruro di gallio (GAN) e il carburo di silicio (SIC) stanno aprendo un nuovo spazio. Ad esempio, il diodo Terahertz a base di GAN sviluppato dal Purple Mountain Laboratory può supportare un singolo tasso di trasmissione del vettore di 100 Gbps ottimizzando la struttura del pozzetto quantico, aumentando la frequenza di cutoff a 3 THz e riducendo la capacità parassitaria a meno di 0,1 PF.
A livello di processo, la tecnologia di integrazione 3D è diventata una svolta chiave. La soluzione "Antenna riconfigurabile al livello di chip" proposta da ZTE integra diodi PIN con materiali in cristallo liquido e materiali piezoelettrici su un singolo chip e ricostruisce dinamicamente il modello di antenna attraverso il controllo del campo elettrico. Questo design riduce il numero di antenne nelle stazioni base 6G del 60% e aumenta l'efficienza spettrale di tre volte, chiamanando la strada a un grande uso commerciale in scala - della comunicazione terahertz.
2, rilevamento integrato: dall'elaborazione del segnale alla percezione ambientale
La funzione di "rilevamento integrato" di 6g richiede che i diodi abbiano funzioni sia di comunicazione che di rilevamento. L'applicazione innovativa dei diodi del pozzo quantistico (QWD) fornisce una soluzione per questo. Controllando con precisione la struttura della banda dei pozzi multi -quantistici InGAN/GAN, i ricercatori hanno raggiunto una sovrapposizione spettrale di 26,9 nm tra lo spettro di emissione e lo spettro di rilevamento. Questa caratteristica "autonoma" consente a un singolo diodo di trasmettere simultaneamente segnali ottici e rilevare la luce ambientale, gettando le basi per i chip integrati per la comunicazione e la percezione della luce visibile.
In applicazioni specifiche, il sistema integrato optoelettronico di nitruro di gallio (MGO) sviluppato da China Mobile ha raggiunto la comunicazione ottica bidirezionale a 2 kbps e può rilevare cambiamenti nell'intensità della luce di 0,1 Lux. Se questa tecnologia viene applicata al networking di veicoli da 6G, può consentire ai veicoli di ottenere la comunicazione V2X attraverso i fari a LED, utilizzando le variazioni dell'intensità della luce per rilevare ostacoli stradali, comprimendo la latenza di comunicazione da 10 ms in 5G a meno di 0,1 ms.
3, intelligente endogeno: dai componenti passivi ai partecipanti attivi
L'architettura di "intelligenza endogena" di 6G promuove l'evoluzione dei diodi verso la programmabilità e l'adattabilità. Il concetto di "diodo di comunicazione semantica" proposto dall'Università del Southeast incorpora algoritmi AI a livello di dispositivo per consentire al diodo di riconoscere autonomamente le caratteristiche del segnale e regolare la sua modalità di lavoro. Ad esempio, quando si tratta di traffico improvviso nell'Internet delle cose industriali, l'array di diodi può essere riconfigurato dinamicamente in una modalità di potenza -} bassa o una modalità di velocità -, risultante in un aumento del 40% del rapporto di efficienza energetica.
Altre taglieri - EDGE Explorations sono focalizzate sul campo dei diodi neuromorfi. La struttura ibrida del diodo Memristor sviluppata dall'Università di post e telecomunicazioni di Beijing simula la plasticità delle sinapsi del cervello umano e raggiunge la risposta a livello di millisecondi nella pianificazione del segnale della stazione base 6G. Questo array di diodi intelligenti può ridurre il consumo di energia della stazione base del 35% e supportare 10 volte la densità di connessione di 5G.
4, Adattabilità ambientale estrema: supportare l'integrazione di aria, spazio, terra e mare
La domanda di "cielo, terra e mare" di 6G rappresenta una grave sfida per l'affidabilità dei diodi. Nello scenario di comunicazione satellitare, il diodo GAN resistente alle radiazioni sviluppato dalla Cina Aerospace Science and Technology Corporation ha aumentato la sua resistenza alle radiazioni a dose totale a 100 MRAD introducendo un substrato in carburo di silicio e uno strato di dissipazione del calore di diamante. L'intervallo di temperatura operativa è stato esteso a -55 gradi a 200 gradi, il che può soddisfare i requisiti di durata della vita a 10 anni di satelliti a bassa orbita.
Per una comunicazione marina - profonda, il dispositivo composito di diodo ceramico piezoelettrico sviluppato dall'Institute of Acoustics dell'Accademia cinese delle scienze converte direttamente i segnali acustici sottomarini in segnali elettrici, eliminando il fronte analogico - del circuito tradizionale dei transduttori tradizionali. Nel test del mare profondo di 2000 metri, il dispositivo ha ottenuto una trasmissione stabile a 10 kbps e una riduzione del consumo di energia del 70% rispetto alle soluzioni tradizionali, fornendo supporto chiave per la costruzione di reti di osservazione subacquea 6G.
5, ristrutturazione ecologica industriale: dai componenti alle soluzioni di sistema
Lo sviluppo di diodi sta guidando la ricostruzione del valore della catena del settore della comunicazione. Il concetto di "motore di fotoni" proposto da Huawei integra diodi laser, fotodettori e chip DSP in un singolo pacchetto, riducendo il consumo energetico di moduli ottici 6G del 50% e riducendo le loro dimensioni a uno - terzo dei prodotti 5G. Questa innovazione a livello di sistema trasforma i diodi da un centro di costo in un centro di creazione di valore, e si prevede che entro il 2030, i diodi di fine -- rappresenteranno oltre il 15% dei costi di 6 g di stazioni base.
A livello di impostazione standard, 3GPP ha incluso il "protocollo di interfaccia di diodo intelligente" nella specifica della versione 6G R18, che richiede diodi per supportare la commutazione dinamica di almeno 16 modalità di lavoro. Ciò ha spinto giganti internazionali come su Semiconductor e ROHM ad accelerare il layout di linee di prodotti a diodi programmabili, e si prevede che il primo chip di diodo intelligente che soddisfa lo standard 6G sarà lanciato nel 2026.
