5GおよびGaN：将来のイノベーション
GaNはまだ比較的若い技術であることを忘れがちです。私たちはまだ開発の最初の数世代以内にあり、改善と改良の可能性がたくさんあります。この記事では、将来のGaNイノベーションのいくつかを検討し、今後数年間の基地局への電力供給への影響を予測します。
電力密度
今後3〜5年で、GaNのすでにかなりの電力密度機能が改善されることが期待されます。今日、GaNを使用してより高い電力密度を達成する方法はすでにありますが、コストは、商業的観点から実現できなかったところまで極端です。例として、炭化ケイ素の代わりにダイヤモンドにGaNを配置します。可能ですが、その費用は基地局にとって現実的ではありません。それでも、今後数年間で材料の生の電力密度を改善する、研究されている他の費用効果の高いプロセスがあります。
5Gインフラストラクチャ市場の魅力は明らかです。より安く、より効率的で、より広い帯域幅の基地局です。他の業界からも強い関心があります。特にレーダーアプリケーションは、特定のスペース内で可能な限り多くの電力と効率を生成することに重点を置いているため、メリットがあります。これらのサブマーケットでGaNが急増するにつれて、規模の経済が高まり、価格は下がり続けます。
直線性
間違いなく、基地局に対するGaN半導体業界の最大の優先事項は、線形電力の増加です。研究開発の取り組みはすべて、今後数年間で線形効率を推進することに重点を置いています。
同時に、基地局の変調方式は今後3〜5年で大幅に変更されることはないと予想されます。これは、ヘルツあたりのビット数の単純な計算に分解されます。 256QAMまたは1024QAMのどちらを実行していても、システムは帯域幅1ヘルツあたり特定のビット数を取得します。これらの数値が大幅に変化しない場合、システムからより多くを生成する理想的な方法は、線形効率の改善によるものです。
それは、基本的なデバイスからの電力を増やしても対処できないということではありません。直線性の改善がなくても、PAの全体的な電力効率は信号の改善をもたらします。また、必要なシステム電力とアンテナアレイが少なくて済むため、設計者がシステムを縮小するのにも役立ちます。追加の電力または第2レベルのソリューションは機能しますが、業界のGaNサプライヤの目標は、トラップの影響を減らして、システムを可能な限りシンプルにすることです。
温度
基地局の温度は時間とともに上昇し続けます。 5年前の標準は、デバイスを85°Cに仕様化することでした。 OEMはそれを105°Cに引き上げました。基地局の設計者は125°Cの温度に対応するよう求められると予想されます。ほとんどのGaAsデバイスの最高温度は150°Cで、25°Cの上昇しかありません。 GaNサプライヤは、システム設計者と緊密に協力して、組み込み要素をより低温に保つための創造的な方法を見つける必要があります。この圧力は、大規模なMIMOアレイを備えた小型の屋外ユニットでより深刻になります。今日、創造的なソリューションは存在しますが、費用対効果の高い価格ではありません。今後数年間で変化すると予想しています。
ホリスティックソリューション
すべてのGaNサプライヤは、GaNデバイスの物理特性を微調整して、線形効率、電力密度、信頼性を向上させると同時に、トラッピング、電流崩壊、電流ドリフトなどの悪影響を軽減しています。これはデバイスレベルである程度行うことができますが、最大限の可能性を実現するには、基地局RFFEシステムをアーキテクチャチェーン全体と連携して開発する必要があります。これにより、今日、多くの将来を見据えた活動が見られます。
業界がLDMOSからGaNソリューションに移行するにつれて、これは特に重要です。技術は根本的に異なります。 GaN PAに置き換えて、10ポイント高い効率を期待するほど簡単ではありません。さまざまなシステムの問題と解決策があります。 LDMOS用に最適化された基地局はGaNPAには適さない場合があり、その逆も同様です。 GaN用の基地局システムの最適化は全体的に行う必要があります。
現在、この傾向が見られ始めており、パフォーマンスの結果がそれを物語っているため、今後数年間でより幅広い採用が見込まれます。サプライヤと協力してこの全体的な設計ギャップを埋める組み込み設計者は、業界のリーダーとしての地位を確立します。もちろん、OEMは、すでにシステムレベルのアプローチを使用していると言うでしょう。その事実については議論しませんが、特にチェーンのRF部分がよりスマートになり、より統合されるにつれて、さらに多くのメリットが得られると信じています。
スマートRFと人工知能
トラップの軽減はすべての半導体材料で問題となっており、GaNも例外ではありません。高速スイッチングアプリケーションは、GaNパワーアンプに非常に困難なトラップ環境を作り出す可能性があります。 PAの動作は、PAが受信した以前の信号に依存する可能性があるため、これらのトラップ効果の解決は複雑になる可能性があります。従来のアプローチは、問題のある動作の原因に対処するために、基板に至るまでの物理層で対処することでした。現在のテクノロジーでは、この方法でトラップを完全に軽減することはまだできていませんが、常にR＆Dの調査が行われています。
別の方法は、ソフトウェアアルゴリズムを使用して、トラップにつながる変動を予測することです。スマートRFコントローラと既存の状態の十分な理解により、デバイスはトラフィックパターンを識別し、アクティビティの次のスパイクを予測できる可能性があります。または、アクティビティの低下を認識し、コントローラレベルで変更して、消費電力を削減します。これは基地局で長年行われてきましたが、技術を改善するために継続的な努力が続けられています。
これが、OEMが無線レベルでの人工知能の実装を検討している理由です。 RFFEシステムは、時間の経過とともに最適化される可能性があります。理論的には、フィールドにある無線機が障害を生成した場合、エラーを自己識別し、エラーから「学習」する可能性があります。次に、障害を引き起こした一連のイベントを防止するか、潜在的に修正する可能性があります。小さな問題に対処するために、運送業者にフラグを立て、トラックを送り、タワーに人を配置する必要はありません。ご想像のとおり、これにより大幅なダウンタイムと費用を防ぐことができます。
6G
5Gはまだ展開の初期段階にありますが、6Gの議論はすでに始まっています。初期の予測では、6Gは、GaNがサポートしていることがわかっている周波数である100Ghzをはるかに超える周波数帯域で配信されることが示唆されています。そのタイプのソリューションは、従来のセルタワーの展開ではない可能性が高いですが、どのような形式であっても、高周波および広帯域幅でのGaNの効率は、6Gを実現するために重要であると考えています。
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ロジャーホール Qorvo、Inc。のハイパフォーマンスソリューションのゼネラルマネージャーであり、ワイヤレスインフラストラクチャ、防衛および航空宇宙、電力管理市場のプログラム管理およびアプリケーションエンジニアリングを主導しています。 >
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