“De penetratie van 5G is aan de gang”, zei Hans Erik Vestberg, CEO van Verizon, in het meest recente winstrapport van het bedrijf.
Sommigen smeken van mening.
“Tot nu toe was het meer een hype dan realiteit”, zegt Mike Noonen, de chief executive van de draadloze chip startup MixComm, over 5G.
“Wat tot nu toe is uitgerold, is nog niet klaar voor prime time”, stelt Noonen. “Een verstrooiing van de krantenkoppen: het is te heet en je kunt het niet vinden; het is te duur.”
Er zijn inderdaad aanwijzingen dat 5G zijn belofte tot nu toe niet heeft waargemaakt.
Zoals vroege recensenten het afgelopen jaar ontdekten, is niet alle 5G gelijk. Tests tonen aan dat 5G de belofte om “tien keer sneller te zijn dan wifi thuis” nog niet is gerealiseerd, althans niet op een betrouwbare manier.
Uit een onderzoek van bijvoorbeeld het bandbreedtemeetbedrijf Ookla in juli bleek dat T-Mobile de snelste was op 5G in de VS en de beste beschikbaarheid van een 5G-signaal had. De beste snelheden op T-Mobile kwamen echter uit op minder dan 100 megabits, met beperkte beschikbaarheid.
Zelfs gelovigen op Wall Street denken niet dat 5G echt gebeurt toch.
“We bevinden ons nog steeds in de schemering van het LTE-tijdperk”, schreef analist Craig Moffett van het gelijknamige onderzoeksbureau MoffettNathanson vorige maand.
“Misschien is het beste wat we kunnen hopen, ons een weg te banen totdat de nieuwe iPhone en het echte 5G-tijdperk aanbreken.”
De nieuwe iPhone 13, die vorige week werd onthuld, breidt de 5G-ondersteuning in sommige markten uit, maar breidt 5G niet uit naar nieuwe regio's zoals gehoopt, zoals Japan. De iPhone 13 lijkt niet de oplossing te zijn.
Voor MixComm's Noonen is er een breed en diep technologisch probleem dat moet worden aangepakt.
“Het is een probleem dat moet worden opgelost en een kans om te worden uitgebuit”, zei Noonen in een interview via Zoom vanuit zijn huis in Truckee, Californië.
Ook: Apple's iPhone 13 uitgepakt: prijzen, datums en alles je moet weten
MixComm, de vier jaar oude startup die Noonen runt, heeft ongeveer $ 15 miljoen aan durfkapitaal ontvangen, inclusief een B-ronde dit jaar, om een familie chips te ontwikkelen die kunnen werken in apparaten variërend van smartphones tot basisstationapparatuur.
Het uitgangspunt is dat de chips de technologie repareren die bekend staat als millimetergolf.
Ook: Verizon Q2 sterk te midden van 5G draadloze voordelen
Millimetergolf is een deel van het elektromagnetische spectrum. De “extreem hoge frequenties” van millimetergolven kunnen veel meer bits per seconde uitzenden dan ander spectrum. Alle providers zetten millimetergolf in als onderdeel van hun 5G-inspanningen.
Maar de implementatie verliep vlekkerig. Uit een ander onderzoek in juli, door onderzoeksbureau Opensignal, ook in de VS, bleek dat bij Verizon, T-Mobile en AT&T de gemiddelde tijd dat gebruikers verbinding konden maken met millimetergolfsignalen op verschillende locaties altijd minder dan 1% was van hun totale verbindingstijd.
“Niemand is erin geslaagd om millimetergolf zich te laten gedragen”, zei Noonen. Zonder dit zal er nooit de beloofde snelheidsboost van 5G komen, benadrukt hij. “Iemand moet de 20% meer “G” in 5G stoppen”, zegt Noonen.
Millimetergolf verwijst naar een strook elektromagnetische straling waarbij de “golflengte”, de afstand van piek tot piek, of van dal tot dal, van een golf meet een millimeter of veelvouden van een millimeter.
GSMA, de normerende instantie van de cellulaire industrie, specificeert millimetergolffrequenties van 24 gigahertz tot 29,5 gigahertz, evenals spectrum in het bereik van 37 gigahertz tot 43,5 gigahertz.
Er wordt ook verwacht dat er nog hogere frequenties zullen worden gebruikt, met name spectrum zonder vergunning van 60 gigahertz. Het potentiële bereik van millimetergolven is wel 300 gigahertz.
De meeste cellulaire communicatie maakt tegenwoordig gebruik van microgolffrequenties met golflengten die veel langer zijn, tot wel een meter, en frequenties die veel lager zijn , meestal 3 gigahertz en lager, de zogenaamde S-band.
Verizon en anderen hebben bij het uitbouwen van millimetergolven vooral de nadruk gelegd op iets daartussenin, het zogenaamde C-bandspectrum, met golflengten die enkele centimeters lang zijn en frequenties van 4 gigahertz tot 8 gigahertz.
De providers hebben gezamenlijk 80 miljard dollar uitgegeven om rechten op de C-band van de FCC te leasen, en het spectrum wordt door sommigen algemeen gekarakteriseerd als de redder van 5G.
Noonen zit echter in het kamp dat gelooft dat de echte belofte op de frequentieschaal ligt, met millimeter.
“Het is de goedkoopste manier om een gigabyte aan gegevens te leveren”, vertelde Noonen aan ZDNet over millimetergolven. Efficiëntie is echt de sleutel, want “5G gaat meer over de serviceprovider dan over de consument”, zegt Noonen. Het draait allemaal om het stroomlijnen van de kosten.
Ook: Verizon en Samsung voltooien gevirtualiseerde 5G-proef op C-band spectrum
De aantrekkingskracht van millimetergolf over S-band en C-band is duidelijk, en dat geldt ook voor de uitdaging. Elke keer dat u de frequentie verhoogt en de golflengte van het spectrum verlaagt, verhoogt dit de bandbreedte, want hoe frequenter de periodieke cycli van een golf, hoe meer symbolen per seconde kunnen worden gecodeerd.
Millimetergolf kan theoretisch overal onbewerkt worden aangeboden snelheden van enkele miljarden bits per seconde versus slechts tientallen of honderden miljoenen bits op de C-band en lager.
Terwijl ze op de C-band bankieren, weten Verizon en alle andere providers dat millimetergolf cruciaal is. Millimeter wave is de ondersteunende technologie voor wat Verizon zijn 'Ultra Wideband'-service noemt, waarvan het hoopt dat abonnees ertoe zullen aanzetten om zijn 'Premium'-serviceniveau te nemen.
Volgens het laatste kwartaalrapport heeft 27% van de klanten van Verizon het Premium-abonnement, zei Matthew Ellis, CFO van Verizon, vorige maand op een investeringsbankconferentie. Het bedrijf wil dat bedrag de komende twee jaar “aanzienlijk” verhogen, zei hij.
De millimetergolf kan echter niet ver reiken, in de meeste omgevingen misschien wel een kilometer, omdat hij wordt geabsorbeerd door moleculen in de atmosfeer. Het kan ook niet gemakkelijk door muren en andere obstakels dringen. Die tekortkomingen betekenen dat millimetergolf afhankelijk is van zogenaamde kleine cellen, een straal rond een cellulair basisstation die veel, veel kleiner is dan de typische cellocatie.
Dat betekent tonnen kapitaal dat is uitgegeven om veel meer radio's op veel meer locaties in het land te plaatsen, met bijzondere uitdagingen in landelijke gebieden waar de bevolkingsdichtheid niet altijd een dergelijke kapitaalinvestering rechtvaardigt in termen van abonneerendementen.
“Wat tot nu toe is uitgerold, is nog niet klaar voor prime time”, zegt Noonen over de huidige inzet van millimetergolven.
“Er zijn drie uitdagingen: slecht bereik, onvoldoende vermogen, en dan is dit spul gewoon te duur”, vertelde Noonen aan ZDNet.
Voer MixComm in. Het bedrijf heeft, zegt Noonen, de productie geperfectioneerd van zogenaamde front-end radiofrequentie-geïntegreerde schakelingen, met behulp van een speciale klasse halfgeleidermateriaal dat bekend staat als 'silicium on insulator' of SOI.
Een front-end RF IC is de chip die een signaal van de antenne opneemt en verwerkt met behulp van mixers, filters en digitaal-naar-analoog-converters, en dit vervolgens doorstuurt naar een aparte middenfrequentie (IF) geïntegreerde schakeling, waar de millimeter golffrequenties worden omgezet in veel lagere frequenties die vervolgens kunnen worden gedecodeerd door de digitale basisbandprocessor.
Hetzelfde proces gebeurt omgekeerd wanneer een apparaat zendt, het signaal naar de front-end RF IC stuurt om door de versterker te worden versterkt en vervolgens op de antenne wordt geplaatst en verzonden.
Het belangrijkste architecturale probleem van een front-end IC met millimetergolf is dat de antenne heel dicht bij het IC moet zijn, legt Noonen uit.
“Tot nu toe was dat erg moeilijk omdat de IC's draaiden. te warm, dan zouden ze de antenne koken”, aldus Noonen. Maar als men het vermogen van het IC verlaagt om de warmte te verminderen, zou het hele systeem te zwak zijn om het millimetergolfsignaal te versterken om de toren te bereiken.
De leider in draadloze chips, Qualcomm, kan natuurlijk al jaren millimetergolf maken in standaard siliciumchips, ook wel CMOS genoemd. Noonen stelt dat Qualcomm niet kan voldoen aan de stroomvereisten die nodig zijn voor chips in draadloze infrastructuur zoals basisstations.
“Qualcomm heeft geweldig werk geleverd voor handsets, dat werkt uitstekend”, zegt Noonen. “Maar het is met één hand klappen”, zegt hij, terwijl hij de infrastructuur op drift laat. “Ze zouden graag zien dat mensen hun producten gebruiken voor infrastructuur, maar als je alleen maar een hamer hebt…”
Wat nodig is voor infrastructuur is een hoogfrequent materiaal dat verschilt van Qualcomm's CMOS. De RF-industrie werkt al lang met alternatieve materialen met een grotere energie-efficiëntie, bekend als mixed-signal-chips, zoals galliumarsenide en siliciumgermanium. In tegenstelling tot CMOS kunnen ze echter niet de digitale functies integreren die op de chip nodig zijn om signalen te verwerken.
De oplossing voor MixComm is silicium op isolator, een brede klasse van materialen die een dunne film plaatsen van gewoon silicium bovenop een substraat dat niet halfgeleidend is, maar eerder de stroom blokkeert, een isolator.
De wortels van MixComm zijn een programma aan het High-Speed and Millimeter-wave Integrated Circuit Lab van Columbia University, dat meer dan een decennium $ 94 miljoen aan financiering van DARPA ontving.
Een wetenschapper van dat project, Harish Krishnaswamy, een vaste hoogleraar elektrotechniek, is medeoprichter van het bedrijf. Krishnaswamy was in staat om RF SOI op een praktische manier te laten werken. “Harish heeft in twee jaar alle basisprincipes uitgewerkt om RF SOI te laten werken”, zegt Noonen.
De eerste implementatie van het bedrijf, een front-end RF IC genaamd “Summit”, wordt sinds het vierde kwartaal van vorig jaar verzonden. Deze zomer kondigde MixComm aan dat het de cruciale integratie van antenne en IC had bereikt door Summit te combineren met MixComm's eigen antennemodules.
Die modules kunnen zestien antennes in hetzelfde fysieke pakket plaatsen als de Summit IC. De benadering staat bekend als 'antenne in pakket' of 'AiP'. De meeste fabrikanten assembleren printplaten met meerdere koellichamen om ICS en antennes te combineren; Het pakket van MixComm propt vier IC's en de zestien antennes in een onmogelijk klein gebied, een vierkant van vijftien millimeter aan een kant.
De kosten van het geïntegreerde pakket kunnen 30% tot 70% goedkoper zijn dan wat momenteel op de markt is in de vorm van meerdere chips en boards.
Het resultaat, zei Noonen, is een goede plek, een geïntegreerd apparaat met voldoende uitgangsvermogen voor de versterker, maar ook “een niveau van integratie en efficiëntie waarbij je echt de belangrijkste geldspecificaties haalt”, wat betekent dat het kosteneffectief is voor fabrikanten van apparatuur.
Er is echter een extra dimensie. De RF IC bevat snelle SRAM-geheugencircuits die informatie bevatten over 'straalverschuivingen', de manier waarop de afzonderlijke antenne-elementen worden gericht om het meest gefocuste signaal te verkrijgen.
Beam shifts zijn een soort magische manier om een draadloos signaal te sturen, ook wel bundelvorming genoemd. Krishnaswamy heeft, samen met mede-oprichter Frank Lane, die negen jaar vice-president van engineering was voor cellulaire chipgigant Qualcomm, patenten op technologie voor bundelvorming.
Beamforming vereist meerdere antennes en stuurt hun energie op een gecoördineerde manier in een eng gericht gebied. Door gefocust te zijn, kan een draadloos signaal met meer kracht bij de ontvanger aankomen dan wanneer het in de ruimte zou worden verspreid. Meer vermogen bij de ontvanger betekent minder fouten in de overdracht en dus hogere datasnelheden.
Om die antennes in een strakke bundel te richten, heeft de ingebouwde SRAM een grotere capaciteit dan normaal, zegt Noonen. De integratie ervan in SOI-materiaal is een andere doorbraak van MixComm.
Het pakket vereist nog steeds een basisbandprocessor. Qualcomm domineert de markt voor basisbandchips en het is uitgesloten dat ze samenwerken met MixComm, omdat Qualcomm zijn volgende miljard dollar wil binnenhalen door zijn eigen RF-IC's te verkopen.
Gelukkig zijn er een aantal concurrenten van Qualcomm waarmee MixComm wil samenwerken, waaronder Marvell, Mediatek en Samsung. Er is een initiatief van meerdere leveranciers van draadloze chipleveranciers zoals Skyworks en Qorvo, samen met Intel en anderen, genaamd OpenRF, dat tot doel heeft de dominantie van Qualcomm te omzeilen.
“Het is onze taak om de loyale oppositie te zijn”, zegt Noonen.
Het gaat erom dat de chip op een zeer selectieve manier stroom gebruikt. De Summit-chip, verbonden met de antenne-array, heeft “twee keer de efficiëntie van alles wat er is”, zegt Noonen, en vier tot tien dBm (decibel milliwatt) meer uitgangsvermogen.
“Omdat je een beter uitgangsvermogen hebt, kun je het aantal benodigde antenne-elementen verminderen” om een smartphone te “horen”, legt hij uit. De netwerkinfrastructuuractiviteiten van Samsung zullen bijvoorbeeld 1.000 antennes inzetten voor een gebied, “maar we kunnen het in een vierde daarvan.”
“Als je het vermogen met 2 dBm (decibel milliwatt) kunt verhogen, kun je de kapitaaluitgaven per vierkante kilometer met een miljoen dollar verminderen”, legt Noonen uit. Dat komt omdat “we kleine cellen groter maken” door de radio's verder te laten zenden met gerichte bundels.
“Bedenk hoeveel basisstations er zullen worden ingezet; als je een miljoen dollar per kilometer kunt besparen, loopt dat heel snel op.”
Dat zou een van de belangrijkste “pijnpunten” kunnen zijn die hebben Verizon en anderen gehinderd. Ze hebben “babystapjes” genomen bij het inzetten van millimetergolven omdat het duur was om de vele kleine cellen te bouwen die nodig zijn voor het korte bereik van de frequenties.
“Tot nu toe hadden we echt niet de pk's om een gebied kosteneffectief te dekken”, zegt hij. “Iedereen die de implementatiekosten kan verlagen, is een grote, grote hulp”, zegt hij. “Het vermijden van capex is enorm.”
De AiP kan een productassortiment omvatten, van handsets tot basisstations. Maar liefst vier AiP-antenne-arrays kunnen door klanten worden gecombineerd om maar liefst 256 antennes in een product te plaatsen.
Bovenop de ruwe capex-besparingen, zal millimetergolf, goed gedaan, leiden tot enorme efficiënties, zegt Noonen. De hogere bandbreedte van de frequenties betekent: “We kunnen efficiëntere modulatieschema's gebruiken, zodat je meer bits in dezelfde ruimte kunt proppen”, zegt hij.
Er is nog een ander, verborgen voordeel: energiebesparing.
“Het levert uiteindelijk een energiebesparing op, omdat je in korte tijd meer kunt uitzenden”, legt Noonen uit. Dat betekent dat, ondanks chips met een hoger vermogen, “millimetergolf de levensduur van de batterij gaat sparen in plaats van deze te verbruiken, alleen vanwege de taakcyclus om de klus te klaren.”
Het podium is nu ingesteld voor millimetergolf. De pandemie vertraagde de uitrol van 5G met een jaar, zei Noonen, omdat providers “op tijd waren bevroren”.
Dat was een verhulde zegen, want het stelde MixComm in staat om met zijn klanten in contact te komen. “Ze realiseerden zich dat ze iets beters nodig hadden, en ze gebruikten deze downtime om zich voor te bereiden op een opgehoopte vraag naar betere connectiviteit en een nieuwe manier van leven”, zei hij, verwijzend naar de nieuwe nomadische beroepsbevolking.
De komende 18 maanden zullen zijn “wanneer we beginnen te stijgen, en je zult significante implementaties op wereldwijde basis zien.”
Een enorme basis van Apple- en Android-telefoons met millimetergolf zal momentum creëren aan de kant van de klant, zegt Noonen.
“Er zullen een half miljard smartphones zijn die in de handen van mensen met millimetergolven kunnen werken”, merkt hij op.
Apple's iPhone 12, die vorig jaar werd uitgebracht, ondersteunt al C-band en ook millimetergolf, met name millimetergolfbanden die formeel door de GMSA zijn aangewezen voor 5G, genaamd “n260” en “n261”, voor respectievelijk 39 gigahertz en 28 gigahertz. Met de onthulling van de iPhone 13 afgelopen dinsdag, kondigde Apple aan dat de iPhone 13 een nieuwe millimetergolfband, 'n258', zal toevoegen.
Gedreven door de pandemische verspreiding van personeel vanuit kantoren en de nieuwe hybride toekomst van werk, is het mogelijk dat millimetergolf een nog grotere rol gaat spelen in 5G.
Noonen ziet niet alleen een markt in telecom, maar ook in particuliere installaties. “Onze basisthese is dat dit naar andere domeinen zal gaan, zoals fabrieksvloer en defensie en automobiel”, zegt Noonen.
Dingen zoals robotarmen en autonome voertuigen zullen grote verbruikers zijn van millimetergolfbandbreedte.
“Dit wordt niet veel groter dan een wifi-toegangspunt, dus bedrijven, bedrijven zoals corning, kunnen betere connectiviteit krijgen op privénetwerken dan op wifi 6”, stelt hij.
” p>
De pandemie heeft informatiewerkers ertoe aangezet om op veel meer locaties bandbreedte te verwachten, merkt hij op.
“De manier waarop mensen hun apparaten gebruiken is voor altijd veranderd”, zegt Noonen. “We zullen nooit meer in één silo werken”, merkt hij op. Omdat mensen een gigabit bandbreedte (ethernetsnelheden) op hun telefoon kunnen krijgen, het ware uitgangspunt van 5G, “zal niemand dat teruggeven.”
Voor Noonen, een veteraan in de halfgeleiderindustrie , het soort fundamentele innovatie dat gaande is in SOI vertegenwoordigen een wedergeboorte van de halfgeleiderindustrie na decennia van relatief gebrek aan innovatie.
Voordat Noonen twee jaar geleden naar MixComm kwam, had hij jarenlang de verkoop voor gigantische halfgeleiderbedrijven, waaronder NXP Semiconductor, Rambus, enterprise communicatietechnologiebedrijf 8×8 en chipgieterij Global Foundries.
Noonen heeft vele tijdperken van de chipindustrie meegemaakt. Hij was bijvoorbeeld een van de oprichters van een vroeg AI-chipbedrijf, Symbolics, dat programma's ontwikkelde in de wetenschappelijke taal van LISP om de creatie van computerchips te stimuleren.
Noonen was ook mede-oprichter in 2014 van Silicon Catalyst, een consortium van investeerders dat is ontstaan om durfkapitaalinvesteringen in semi-startups aan te moedigen in een tijd dat het veld diep uit de gratie was bij investeerders.
Gezien die achtergrond op chipgebied is het voor Noonen belangrijk dat het realiseren van baanbrekende 5G-technologie wordt gekoesterd door een Amerikaans startup-bedrijf.
“Het druist in tegen de conventionele wijsheid dat China en Huawei alle 5G-smarts hebben”, zegt Noonen. “Misschien voor sub-6 [gigahertz-frequentie], maar millimetergolf? Absoluut niet.”
Die geopolitieke elementen zijn minder belangrijk dan hoe de hele spectrumkaart de komende jaren door elkaar wordt geschud. Het bestaande spectrum raakt vol om de toenemende vraag naar bandbreedte aan te kunnen.
“Zelfs Sub-6 en C-band zullen de komende twee jaar in elk grootstedelijk gebied overtekend zijn”, zegt Noonen. “Het is onvermijdelijk om naar een hoger spectrum te gaan.”
Edge computing zal meer frequenties van het spectrum gaan exploiteren naarmate kosteneffectieve toegangspunten zich over het land verspreiden. LTE-radio's kunnen worden ontmanteld of 'opnieuw gebouwd', iets wat Noonen als een duidelijke mogelijkheid beschouwt.
'Die kans zal zich voordoen', zegt Noonen.
Op de weg is 6G, zenden in het terahertz-bereik. Hoewel 6G “slechts 16% meer G is”, grapt Noonen, is er wel veel innovatie nodig.
“Er is nog veel te doen”, zegt Noonen. Millimetergolf is daar een soort springplank voor. “Om terahertz aan te pakken, moet je gigahertz beheersen.”
“We staan nog maar aan het begin, dit is de eerste inning van wat meer gaat worden dan een wedstrijd van negen innings”, zegt hij, “en er liggen nog veel kansen voor ons.”
Tech-inkomsten
Broadcom overtreft Q3-ramingen, voorspellingen blijven Q4-momentum HPE overtreft verwachtingen voor Q3, levert omzet van $ 6,9 miljard DocuSign CEO Springer: maak je geen zorgen, we groeien nog steeds sterk Vermelding van inkomstentranscripties 'cybersecurity' 33% meer in H1: rapport C3 AI fiscale 2022-vooruitzichten in lijn met verwachtingen Asana overtreft verwachtingen voor Q2 Okta verhoogt vooruitzichten voor FY 2022 na sterk Q2 Nutanix CEO: tweede inning van hypergeconvergeerde infrastructuur is cloudconvergentie Crowdstrike verslaat Q2-ramingen Zoom overschrijdt $ 1 miljard in kwartaalomzet voor het eerst 