Η συζήτηση για το 5G και την επερχόμενη γενιά του 6G καλά κρατεί, όμως στα εργαστήρια του Irvine στην Καλιφόρνια, η πραγματικότητα τρέχει ήδη με ταχύτητες που μέχρι χθες φάνταζαν ακατόρθωτες για ασύρματα δίκτυα. Ερευνητές του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών του UCI ανέπτυξαν μια τεχνολογία που υπόσχεται να στείλει τα καλώδια οπτικών ινών στο χρονοντούλαπο της ιστορίας, προσφέροντας ασύρματη μεταφορά δεδομένων με ρυθμό που αγγίζει τα 15 gigabytes (όχι bits) το δευτερόλεπτο.
Για να γίνει αντιληπτό το μέγεθος του επιτεύγματος, μιλάμε για ταχύτητα ικανή να μεταφέρει το περιεχόμενο δεκάδων ταινιών υψηλής ανάλυσης μέσα σε ελάχιστα δευτερόλεπτα, καταργώντας πρακτικά την έννοια της «αναμονής» στη ψηφιακή επικοινωνία.
Πέρα από το 5G: Η αρχιτεκτονική της ταχύτητας
Το «μυστικό» πίσω από αυτή την επίδοση δεν βρίσκεται απλώς στην αύξηση της ισχύος, αλλά στην έξυπνη αρχιτεκτονική. Ο νέος πομποδέκτης λειτουργεί σε εξαιρετικά υψηλές συχνότητες, συγκεκριμένα στο φάσμα των 115 έως 135 GHz. Αυτό το εύρος ζώνης επιτρέπει τη διακίνηση τεράστιου όγκου δεδομένων, κάτι που τα σημερινά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας αδυνατούν να διαχειριστούν.
Ο επικεφαλής της έρευνας, καθηγητής Payam Heydari, μαζί με την ομάδα του, κατάφεραν να λύσουν έναν γρίφο που ταλαιπωρούσε τη βιομηχανία χρόνια: πώς να διαχειριστείς ψηφιακά δεδομένα σε αναλογικά κύματα χωρίς τις τεράστιες απώλειες ενέργειας και την πολυπλοκότητα των παραδοσιακών συστημάτων.
Η καινοτομία: Καταργώντας τον «μεσαζόντα»
Μέχρι σήμερα, οι ασύρματες επικοινωνίες βασίζονταν σε μια πολύπλοκη διαδικασία. Τα ψηφιακά δεδομένα έπρεπε να περάσουν από ειδικούς μετατροπείς και επεξεργαστές ψηφιακού σήματος (DSP) πριν μετατραπούν σε αναλογικά ραδιοκύματα για να εκπεμφθούν από την κεραία. Αυτή η διαδικασία, εκτός από χρονοβόρα, είναι και εξαιρετικά ενεργοβόρα.
Η ομάδα του UCI παρέκαμψε εντελώς αυτό το στάδιο. Ο νέος πομποδέκτης επεξεργάζεται τα ψηφιακά bits και τα μετατρέπει απευθείας σε αναλογικό σήμα, έτοιμο για εκπομπή.
Όπως εξήγησε ο Hossein Mohammadnezhad, μέλος της ερευνητικής ομάδας και κύριος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο IEEE Journal of Solid-State Circuits, η καινοτομία έγκειται στην απλότητα. Το τσιπ λαμβάνει ψηφιακά δεδομένα και τα διαμορφώνει κατευθείαν στις αναλογικές φέρουσες συχνότητες. Αυτή η προσέγγιση μειώνει δραματικά την κατανάλωση ενέργειας, καθιστώντας το σύστημα ιδανικό όχι μόνο για πύργους τηλεπικοινωνιών, αλλά και για κέντρα δεδομένων που "διψούν" για εξοικονόμηση πόρων.
Τα τεχνικά χαρακτηριστικά που κάνουν τη διαφορά
Για τους λάτρεις των τεχνικών λεπτομερειών και τα εργαλεία ανάλυσης δεδομένων, τα χαρακτηριστικά του νέου πομποδέκτη είναι εντυπωσιακά:
- Ταχύτητα Μετάδοσης: 20 έως 140 gigabits/sec (ισοδυναμεί με περίπου 15-17.5 GB/s).
- Τεχνολογία Κατασκευής: Χρήση της διαδικασίας BiCMOS 55 νανομέτρων (nm) της STMicroelectronics.
- Μέγεθος Chip: Μόλις 2,5 x 3,5 χιλιοστά, περιλαμβάνοντας όλα τα απαραίτητα κυκλώματα (πομπό, δέκτη, γεννήτρια σήματος).
- Ενεργειακή Απόδοση: Λειτουργεί με σημαντικά λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με τα συστήματα που χρησιμοποιούν ξεχωριστούς μετατροπείς δεδομένων.
Γιατί αυτό αλλάζει τα πάντα στα Data Centers
Ενώ η πρώτη σκέψη όλων πηγαίνει στο γρηγορότερο streaming στο κινητό, η πραγματική επανάσταση αναμένεται να συμβεί αλλού: στα κέντρα δεδομένων. Οι κολοσσοί του διαδικτύου (Google, Amazon, Microsoft) ξοδεύουν δισεκατομμύρια για την ψύξη και την ηλεκτροδότηση των servers τους. Τα καλώδια οπτικών ινών, αν και γρήγορα, έχουν φυσικούς περιορισμούς στην εγκατάσταση και τη διαχείριση θερμότητας μέσα στα racks των διακομιστών.
Η πρόταση του UCI επιτρέπει την ασύρματη επικοινωνία μεταξύ των servers σε υπερ-υψηλές ταχύτητες. Φανταστείτε συστοιχίες υπολογιστών που «μιλούν» μεταξύ τους χωρίς τον κυκεώνα των καλωδίων, μειώνοντας το κόστος κατασκευής και συντήρησης, ενώ ταυτόχρονα αυξάνουν την ταχύτητα επεξεργασίας δεδομένων.
Το μέλλον του 6G είναι εδώ;
Αν και οι ερευνητές αποφεύγουν να «βαφτίσουν» την ανακάλυψή τους αποκλειστικά ως 6G, είναι σαφές πως η τεχνολογία αυτή θέτει τα θεμέλια για την επόμενη γενιά δικτύων. Το 5G έφερε χαμηλότερη καθυστέρηση (latency), αλλά ο πομποδέκτης του UCI φέρνει την ωμή ταχύτητα που απαιτούν εφαρμογές όπως η τηλεχειρουργική, η αυτόνομη οδήγηση σε πραγματικό χρόνο και η ολογραφική επικοινωνία.
Το πιο ενδιαφέρον στοιχείο είναι πως η τεχνολογία αυτή δεν αποτελεί απλώς μια εργαστηριακή άσκηση. Το τσιπ έχει κατασκευαστεί και δοκιμαστεί, αποδεικνύοντας πως η μετάβαση από την ψηφιακή στην αναλογική μορφή χωρίς απώλειες είναι εφικτή.
Διαβάστε επίσης
