راه توسعه فناوری «۶G» با تولید تراشه‌های نوری هموار شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از لایو ساینس، دانشمندان با ترکیب اجزای مبتنی بر فوتونیک و الکترونیک، نمونه اولیه یک تراشه ارتباطی را ساخته اند که می‌تواند به طور موثر به پهنای باند فرکانس‌های رادیویی  بالا برای کاربرد‌هایی از جمله رادار پیشرفته و همچنین فناوری «سیکس جی» (6G) و «سون جی» (7G) دسترسی داشته باشد.

این نخستین معماری تراشه در نوع خود است که از دو مولفه الکترونیکی و نوری استفاده می‌کند، تا راه را برای فناوری «سیکس جی» هموار کند.

این تحقیق که در تاریخ ۲۰ نوامبر در «نیچر کامیونیکشنز» (Nature Communications) منتشر شد، طرح اولیه‌ای را برای تراشه‌های ارتباطی مورد نیاز در رادار‌های پیشرفته، سیستم‌های ماهواره ای، شبکه‌های بی سیم پیشرفته (وای فای) و حتی نسل‌های آینده فناوری موبایل «سیکس جی» و «سون جی» ارائه می‌دهد.

محققان با ادغام اجزای مبتنی بر نور یا فوتونیک در یک برد مدار الکترونیکی معمولی، پهنای باند فرکانس رادیویی (RF) را به طور چشمگیری افزایش دادند، در حالی که بهبود دقت سیگنال در فرکانس‌های بالا را نشان دادند.

آن‌ها یک نمونه اولیه از تراشه‌های نیمه‌رسانای شبکه‌ای به ابعاد ۵ میلی‌متر در ۵ میلی‌متر، را روی یک زیرلایه سیلیکون و اتصال اجزای الکترونیکی و فوتونیک به شکل «چیپلت» ساختند.

چیپلت (chiplet) بخشی از یک ماژول پردازشی است که یک مدار مجتمع بزرگتر مانند یک پردازنده کامپیوتری را می‌سازد.

آن‌ها همچنین نحوه فیلتر کردن اطلاعات توسط تراشه‌ها را نیز بهبود دادند.

فرستنده‌های بی سیم داده‌ها را ارسال می‌کنند و فیلتر‌های مایکروویو ساخته شده در تراشه‌های معمولی سیگنال‌ها را در محدوده فرکانسی اشتباه مسدود می‌کنند. فیلتر‌های فوتونی مایکروویو همین عملکرد را برای سیگنال‌های مبتنی بر نور انجام می‌دهند. اما ترکیب اجزای فوتونیک و الکترونیکی و فیلتر‌های فوتونیک مایکروویو موثر، روی یک تراشه بسیار چالش برانگیز است.

اما براساس این مطالعه با تنظیم دقیق فرکانس‌های خاص در باند‌های بالاتر که معمولا شلوغ هستند، اطلاعات بیشتری می‌تواند با دقت بیشتری در تراشه جریان یابد. این موضوع برای فناوری‌های بی سیم آینده که به فرکانس‌های بالاتر متکی خواهند بود، مهم است چرا که طول موج‌های کوتاه تری دارند و بنابراین می‌توانند انرژی بیشتری را حمل کنند که معادل پهنای باند بالاتر برای داده است.

بن اگلتون، سرپرست تیم تحقیقاتی و معاون پژوهشی دانشگاه سیدنی گفت: فیلتر‌های فوتونی مایکروویو نقش مهمی در کاربرد‌های ارتباطی و راداری مدرن ایفا می‌کنند و انعطاف پذیری لازم برای فیلتر کردن دقیق فرکانس‌های مختلف، کاهش تداخل الکترومغناطیسی و افزایش کیفیت سیگنال را ارائه می‌دهند.

به گفته ورایزن، دستگاه‌هایی که از شبکه‌های «فایوجی» استفاده می‌کنند، مانند گوشی‌های هوشمند، داده‌ها را در محدوده‌های مختلف فرکانس رادیویی - از باند پایین (زیر یک گیگاهرتز) تا باند بالا (۲۴ تا ۵۳ گیگاهرتز) در ایالات متحده ارسال و دریافت می‌کنند.

فرکانس‌های بالاتر به دلیل ظرفیت انرژی بیشتر در طول موج‌های کوتاه تر، امکان سرعت بیشتر را فراهم می‌کنند، اما احتمال تداخل و انسداد بیشتر است. به این دلیل که طول موج‌های کوتاه‌تر برای نفوذ در سطوح و اجسام بزرگ‌تر تلاش می‌کنند و همچنین دامنه سیگنال را کاهش می‌دهند.

در همین حال، براساس گزارش «اوپن سیگنال» (OpenSignal)، سرعت داده‌های فایوجی در آمریکا به طور متوسط ۱۳۸ مگابیت بر ثانیه است و اپراتور‌ها شبکه‌ها را در باند‌های بین ۲ تا ۴ گیگاهرتز اجرا می‌کنند. طبق اعلام انجمن جهانی ارتباطات موبایل (GSMA)، «سیکس جی» که انتظار می‌رود تا دهه ۲۰۳۰ به جریان اصلی تبدیل شود، روی فرکانس بالاتری که از ۷ تا ۱۵ گیگاهرتز شروع می‌شود، فعالیت خواهد کرد.

با این حال، بالاترین باندهای «سیکس جی»، برای کاربردهای صنعتی، باید بالاتر از ۱۰۰ گیگاهرتز و احتمالا حتی به ۱۰۰۰ گیگاهرتز برسد که از لحاظ نظری، سرعتش می‌تواند به حداکثر ۱۰۰۰ گیگابایت در ثانیه برسد.

این یعنی نیاز به ساخت تراشه‌های ارتباطی با پهنای باند فرکانس رادیویی بسیار بالاتر و فیلتر پیشرفته برای از بین بردن تداخل در این فرکانس‌های بالاتر وجود دارد. این همان جایی است که پیشرفت‌ها در معماری تراشه رخ می‌دهد و فوتونیک نقشی کلیدی در تراشه‌های نیمه هادی ایفا می‌کند که برای قدرت بخشیدن به دستگاه‌های «سیکس جی» استفاده خواهند شد.