Калифорния Ирвайн университетинин инженерлери була-оптикалык ылдамдыкка тең келе турган зымсыз трансиверди ойлоп табышты.
Ал кремний чиптери F-диапазонунда иштейт жана маалыматты өтө ылдам берүү мүмкүнчүлүгүнө жол ачат.
Калифорния Ирвайн университети (UC Irvine) өзү билдиргендей, алардын электр инженерлери ойлоп тапкан жаңы трансивер радиожыштыктарды 140 гигагерцке чейин күчөтүп, физикалык була-оптика кабелдерине тең келе турган ылдамдыкты камсыз кылат жана келечекте 6G, FutureG маалымат берүү протоколдоруна өтүүгө негиз түзөт.
Жаңы трансиверди жаратуу үчүн университеттин Самуэли атындагы Инженердик мектебинин изилдөөчүлөрү санариптик жана аналогдук ыкманы айкалыштырган өзгөчө архитектураны иштеп чыгышты.
Натыйжада өткөргүч жана кабыл алгычтан турган кремний чип системасы пайда болуп, ал санариптик сигналдарды мурунку технологияларга салыштырмалуу кыйла ылдам жана энергияны бир топ үнөмдөө менен өткөрө алат.
Калифорния Ирвайн университетинин Наноөлчөмдөгү байланыштын интегралдык микросхемалары лабораториясынын (NCIC Labs – Nanoscale Communication Integrated Circuits Labs) адистер тобу өз иштерин ушул айда Электротехника жана электроника инженерлеринин институту (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers) деген уюмдун Journal of Solid-State Circuits журналында жарыяланган эки макалада баяндап беришти.
Биринчи макалада инженерлер “биттен антеннага” (bits-to-antenna) деп аталган өткөргүч технологиясын талкуулашса, экинчи макалада “антеннадан битке” (antenna-to-bits) деп аталган кабыл алгыч тууралуу сөз кылышат.
“Бул технологияны “зымсыз була патч-корду” деп атадык. Анткени, ал физикалык кабелдерсиз эле була-оптикадагы өтө жогорку ылдамдыкты берет.
Биз F-диапазондо иштөө менен, азыркы 5G стандарттарынан алда канча жогору жыштык диапазону – машиналардын, роботтордун жана дата борборлордун байланыш ыкмасын түпкүлүгүндө өзгөртө турган чоң өткөргүч кеңдиктерин сунуштай алабыз”- деди Калифорния Ирвайн университетинин лаборатория башчысы, электр инженериясы жана компьютер илимдери боюнча профессору, эки макаланын тең башкы автору Пайам Хейдари (Payam Heydari).
Илимпоз кошумчалагандай, алардын табылгасы – узак мөөнөттүү стратегиялык көз караштын натыйжасы.
Чипти ысытпастан ылдамдыкты 100 эсе көбөйтүү
Калифорния Ирвайн университетинин материалында белгиленгендей, алардын изилдөөчүлөр тобу 2020-жылы эле “биттен антеннага” концепциясын иштеп чыгууга киришкен.
Анткени, алар салттуу жана аралаш сигналдуу чип архитектураларынын энергияны көп керектеген дата конвертерлерине өтө эле көз карандылыгынан улам, бул технология мүмкүнчүлүгүнүн болгон чегине жетерин алдын ала билишкен.
“Биз учурдагы зымсыз түзмөктөрдүн ылдамдыгынан 100 эсе жогору – секундасына 100 гигабиттик көрсөткүчкө чипти ысытып жибербестен жетүү үчүн схеманын топологиясын түп-тамырынан бери кайра ойлонушубуз керектигин түшүндүк.
Жогорку ылдамдыктагы конструкцияларга мүнөздүү жана олуттуу энергиялык компромистерди жеңе ала турган жаңы, толугу менен аналогдук архитектураларды элестеттик”, -дейт профессор Пайам Хейдари илимпоздор жаңы жолду табууда карманган багыт тууралуу.
Изилдөөнүн жүрүшүндө университеттин адистери ылдамдык жогорулаган сайын санариптик жана аналогдук чөйрөлөрдүн ортосундагы чек ара жылышы керек экенин түшүнүштү.
Негизги жүктү аналогдук доменге өткөрүү менен алар стандарттуу 5G чиптерин чектеген натыйсыздыкты айланып өтө алышты.
Өзү академиялык изилдөөчүлөр жана байланыш инженерлери узак убакыттан бери эле бир тоскоолдукка туш болушкан.
Ал – маалыматты зымсыз өткөрүүнүн ылдамдыгы өскөн сайын ошол маалыматты иштеп чыгуу үчүн керектелген энергиянын көбөйө бериши.
“Эгер биз салттуу ыкмаларды колдонсок, кийинки муундагы түзмөктөрдүн батареясы бир нече мүнөттүн ичинде эле бүтүп калмак. Биздин топтун жообу – көп энергия талап кылган санариптик чөйрөдө эмес, аналогдук чөйрөдө татаал эсептөөлөрдү жүргүзүп, учурдагы чектөөлөрдөн өтө алган трансивер”, – дейт профессор Пайам Хейдари алардын жаңы табылгасынын мааниси жөнүндө.
Табылганын келечекте колдонулушу
Жаңы трансивер секундасына 120 гигабит ылдамдыкта иштей алат деп күтүлүүдө. Бул – бир көз ирмемде бир нече 4K фильмди өткөрүүгө жетиштүү кубат.
“Салттуу кабылдагычтар мындай жогорку ылдамдыктагы маалыматты иштетүүдө чоң энергия сарптаган аналогдук-санариптик конвертерлерсиз кыйынчылыкка учурайт.
Мурдун мыйзамы боюнча транзисторлорду кичирейтүү менен ылдамыраак кылууга мүмкүнчүлүк бар, бирок мындай экстремалдуу ылдамдыктарда биз “сигналды үлгүлөөнүн чектөөсү” деп аталган физикалык тоскоолдукка туш болобуз.
Секундасына 120 гигабит сигналды санариптештирүү үчүн адатта чоң аналогдук-санариптик конвертерлер керек болуп, ал смартфон үчүн өтө көп энергия сарптайт”,- дейт изилдөөнүн дагы бир жетектөөчү автору, мурда Калифорния Ирвайн университетинде электротехника жана компьютер илими багытындагы доктордук изилдөөсүн жүргүзгөн Юсеф Хассан (Youssef Hassan).
Электрониканы күчөтүүгө аракет кылуунун ордуна, изилдөөчүлөр тобу акылдуу кабылдагычты иштеп чыкты.
“Биз иерархиялык аналогдук демодуляция деп аталган ыкманы иштеп чыктык. Сигналды аналогдук чөйрөдө иерархиялык түрдө бөлүп, татаал маалымат катмарларын санариптештирүүдөн мурун ажыратып алуу менен, адатта талап кылынган кубаттуулуктун бир бөлүгү гана колдонулуп, маалыматты чыгарып алабыз.
Биздин инновациябыз дата борборлорунун ичинде километрлеген татаал жез зымдарды колдонуу зарылдыгын жокко чыгарат.
Дата борборлорунун операторлору сервер текчелеринин ортосунда өтө ылдам зымсыз байланыштарды уюштуруп, жабдуу, муздатуу жана электр энергиясы боюнча олуттуу каражатты үнөмдөй алышат”,- деп түшүндүрдү Юсеф Хассан алар тапкан технологиянын жаңычылдыгын.
Илимпоз кошумчалагандай, өлчөмү 22 нанометрлик жана silicon-on-insulator (SOI) технологиясы менен жасалган кабылдагыч чип болгону 230 милливатт гана энергия сарптайт жана бул аны көчмө түзмөктөр үчүн жетишерлик үнөмдүү кылат.
Жаңы технология 140 гигагерц диапазонунда маалымат өткөрүүнү камсыз кылуудан тышкары, трансивердин биттен-антеннага чейинки архитектурасы аны төмөнкү нарк менен массалык түрдө өндүрүүгө мүмкүнчүлүк берет жана кеңири колдонууга жол ачат.
Ал эми бул изилдөө долбоорун колдоо үчүн кадимки жарым өткөргүчтөрдү өндүрүү кызматтары колдонулганы, жогорку өндүрүмдүү мындай чиптерди стандарттуу өндүрүш процесстери аркылуу да жасоого болорун далилдеди.
Илимий жана техникалык терминдерге түшүндүрмө:
F-диапазону – электромагниттик спектрде 90 ГГцтен 140 ГГцке чейинки, келечектеги 6G байланыштары үчүн иштелип жаткан жана пайда боло баштаган өтө жогорку жыштык диапазону.
Ал смартфондордо жана роботтордо маалыматтарды өтө ылдам жана кыска аралыкта өткөрүү үчүн «зымсыз була» катары иштей турган чоң каналды сунуштайт.
Учурдагы 5G 39 – 71 ГГц колдонуу менен иштесе, болжол менен 2030-жылдан тарта ишке кирет деп мерчемделген 6G андан 100 эсе ылдамыраак болот деп күтүлүүдө.
Ал бардык жерде үзгүлтүксүз байланышты камсыз кылып, ошондой эле жасалма интеллектти кеңейтет.
Оптикалык була (fiber optic) – маалыматтарды жука айнек же пластикалык була аркылуу жарык импульстары менен өткөрүү технологиясы.
Алар жогорку ылдамдыктагы интернетти жана узак аралыктагы байланышты минималдуу сигнал жоготуусу менен камсыз кылат.
Жез кабелдерге салыштырмалуу оптикалык була жогорку өткөрүмдүүлүк жана электромагниттик тоскоолдуктарга туруктуулук касиетине ээ.
Гигагерц (GHz) – жыштык бирдиги. Ал негизинен заманбап микропроцессорлордун такттык жыштыгын көрсөтүү үчүн колдонулат жана алардын операцияларды аткаруу ылдамдыгын аныктайт.
Ошондой эле радиотолкундар жана зымсыз байланыш тармагында, мисалы Wi-Fi же мобилдик телефондор үчүн колдонулат.
Патч-корд – эки учунда байланыштыруучусу (коннекторлору) бар кыска жана ийкемдүү электр же оптикалык кабель. Электрондук же оптикалык түзмөктөрдү туташтыруу (“патчтоо”) үчүн колдонулат, мисалы, компьютерди хабга же роутерге туташтыруу үчүн.
Дата борборлорунда жана жергиликтүү тармактарда (LAN) сигналдарды багыттоо үчүн да кеңири колдонулат жана адатта узундугу эки метрден аз болот.
Бит (англисче binary digit сөзүнүн кыскартылганы) – компьютер илиминде эң кичинекей, атомдук маалымат бирдиги, ал 0 же 1 деген бир бинардык маанини билдирет.
Бит санариптик байланыштын жана эсептөөнүн негизги курулуш блогу катары кызмат кылат.
Жалгыз бит татаал маалыматтарды көрсөтүү үчүн өтө кичинекей болгондуктан, алар чоңураак бирдиктерге топтолот. 8 биттен 1 байт түзүлөт, ал 0–255 аралыгында сегиз орундуу бинардык санды түзөт.
Санариптик системаларда маалыматтарды сактоо жана компьютерде иштетүү үчүн маалымат байттар катарында коддолот.
Гигабайт (GB) – санариптик маалымат үчүн байттын көп эселенген бирдиги. Бир гигабайт бир миллиард байтка барабар.
Бул түшүндүрмө дата илиминде, инженерияда, бизнесте жана компьютердик технологиянын көптөгөн тармактарында, мисалы катуу дисктердин, SSDлердин жана тасмалардын сактоо кубаттуулугун, ошондой эле маалыматтарды өткөрүү ылдамдыгы өлчөөдө колдонулат.
Silicon-on-Insulator (SOI) технологиясы – жарым өткөргүчтөрдү өндүрүү ыкмасы. Анда жука кремний диоксидинин катмары жука үстүңкү кремний катмары менен кремний субстратынын ортосуна жайгаштырылат.
Бул структура “паразиттик сыйымдуулукту” (электрондук схемаларда каалаган эмес, бирок пайда болгон сыйымдуулук, ал сигналдын ылдамдыгын төмөндөтүп, энергияны ашыкча сарптоого алып келиши мүмкүн) кескин азайтат.
Натыйжада чиптер салттуу, массивдүү кремнийге салыштырмалуу ылдамыраак, энергияга үнөмдүү (20% аз энергия) жана радиацияга туруктуу болуп чыгат.
Мурдун мыйзамы (Moore’s Law) – Intel компаниясынын кош негиздөөчүсү Гордoн Мурдун (Gordon Moore) 1965-жылкы аныктамасы, байкоосу.
Алгач Гордон Мур 1965-жылы микрочиптеги транзисторлордун саны ар жылы эки эсе көбөйөт деп болжогон, бирок 1975-жылы бул болжолду эки жылда бир жолу көбөйөт деп өзгөрткөн.
Натыйжада чиптердин эсептөө күчү улам жогорулап, чыгымдар төмөндөшү керек.
Бул – физикалык мыйзам эмес, жарым өткөргүчтөр индустриясы үчүн багыт көрсөтчү тенденция катары кызмат кылат.
Шилтемелер:
- Маалымат макала Калифорния Ирвайн университетинин https://news.uci.edu/2026/01/22/uc-irvine-engineers-invent-wireless-transceiver-rivaling-fiber-optic-speed/ интернет баракчасындагы материалдын негизинде жазылды.
- Маалымат макалага негиз берген илимий изилдөө Journal of Solid-State Circuits https://ieeexplore.ieee.org/document/10833751, https://ieeexplore.ieee.org/document/11344822 журналында жарыяланган.
- Сүрөт unsplash.com сайтынан алынды.
- Илимий жана техникалык терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
