“通用芯片”:解决“5G时代”的新问题

2018-04-13 08:45 次阅读

当下,5G商用化的步伐正在逐步加快,移动通信正在迎来一个新的时代。然而,不同国家划分的5G通信频段各不相同,适应这个频段的芯片并不一定能够适应那个频段,于是就可能出现尴尬的一幕:出国旅游,5G手机竟然“失灵”了。如何解决5G芯片“水土不服”的问题呢?

近日,电子科学与工程学院(示范性微电子学院)博士生张净植在2018年国际固态电路会议(ISSCC)上发表论文,提出了一种“基于强耦合变压器的电流提升技术”,并在此基础上研发了一款芯片实现了多个频段全部覆盖,让5G“全球通”变成了可能。

△ISSCC大会主席、MIT教授Anantha Chandrakasan(右)和多伦多大学教授Kenneth C. Smith为张净植颁发“Silkroad Award”奖牌

张净植为论文第一作者,其导师康凯教授为论文通讯作者,电子科技大学为唯一作者单位。据了解,该论文是中国大陆地区发表在该会议上的首篇有关毫米波集成电路设计的论文,为我校首次以第一作者单位在该会议正文单元上发表的论文。

张净植同时获得该会议颁发的“Silkroad Award”,该奖项是颁发给以第一作者身份第一次在这个会议上发表论文的亚太地区的学生。张净植成为中国大陆地区历史上第4位获此殊荣的学生,同时也是大会历史上第20位获此奖项的学生。

“通用芯片”:解决“5G时代”的新问题

张净植研发的这款芯片,源于三年前的偶然发现。2015年,康凯教授正承担国家5G技术方面的重大专项,张净植有机会参与其中,负责其中关于频率源的部分研究任务。

在4G时代,各个国家所用的频段都在3GHz以下,不少手机生产商采用了多个芯片来覆盖所有频段,并且在频率较低的情况下,器件性能好,即使用一个芯片来覆盖所有频段,设计也相对比较简单。而到了5G时代,不同的国家划分的应用于5G通信的频段大大提高,中国用的是24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段,美国用的是27.5-28.35GHz、37-38.6GHz和38.6-40GHz频段,欧洲用的是24.25-27.5GHz频段,日韩则采用26.5-29.5GHz。而同一个手机要支持这么多不同的高频段,则相对困难,这可能就会导致我们出国旅游时手机无法正常通信。

那么问题来了,究竟能否研发一款宽频带“通用芯片”全部覆盖以上各个不同的高频段呢?

答案是肯定的。张净植在国际固态电路会议展示的研究成果,就是两方小小的“通用芯片”:大的芯片只有910微米×920微米(1微米=10-6米),小的芯片为700微米×670微米,面积都小于1平方毫米,大小相当于一根针的横截面。

△左边是差分输出芯片,是核心电路的验证模块;右边是正交输出芯片,是完整的、可以用于5G系统的芯片。

这种小芯片却具有“兼容并蓄”的广阔“胸怀”,极大地提升了注入锁定倍频器的工作带宽。它的专业称呼是“基于CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的超宽带注入锁定倍频器”,简而言之,就是为了解决5G芯片在不同电磁频段“水土不服”的难题而专门设计的。

在与业界最先进技术的比较中,该技术在仅消耗两倍功耗的情况下,将工作带宽提升了5.2倍。它还解决了毫米波频段中“低相位噪声信号源的大带宽设计”挑战,为毫米波领域超宽带低相位噪声信号源设计提供了一个可行方案,对5G通信的高频段多频带应用有着实际意义。

历时三年:过程一波三折

从2015年萌生想法到2016年9月真正开始设计,张净植尝试了多种思路。他首先想到,输入电流和工作带宽是正相关的,如果要提高电路的带宽就得想办法增强输入电流。而要增强输入电流,一种方法是增大输入信号,但一般而言,外部给的输入信号大小是固定的,所以此路不通。还有一种方法,就是提高输入极的增益,但业界已经把输入极优化得很好,想进一步提升基本不太可能。

在不断提出问题又不断自我否定之后,张净植提出了一个突破性的想法:能不能用无源电路把电流提升,然后插入一个变压器,这样就可以使电流提高N倍同时能把带宽也提高N倍呢?又经过三个月的努力,他和团队在2016年12月份完成芯片设计并进行了第一次流片。

2017年3月,终于拿到芯片。测试的结果令他非常激动:和2017年国际国内最新的研究成果相比,他们的研究已经在性能上远远胜出。此前,业界做出的芯片工作带宽大概在10-30%,而他们的芯片带宽可以达到60%以上。于是,他和康凯教授商量,很有必要再次优化设计并做第二次流片。

芯片优化设计的时间十分紧凑:做芯片一般要依次完成原理图、版图、模块级联,最后才是完成总版并进行评估,但到了2017年4月,他们才刚做到模块级联环节,进度比预期慢很多。考虑到芯片设计不容有失,否则流片就会功亏一篑,他们决定不能急于求成,最终到5月才完成第二版设计。

由于芯片造价成本高昂,而且准备第二次流片时没有项目支撑,他们经过许多周折,向国内外其他单位寻求支持。第二次流片终于结束,但在过海关时却卡了很久,直到8月底才拿到第二版芯片。他们快速行动,花了一周时间测试芯片的性能,然后快速写论文投给了国际固态电路会议。10月,国际固态电路会议给出了评审意见。团队成员终于松了一口气:总算没有失之交臂!

△右边两栏为该论文达到的工作指标,其中,带宽为22.8-43.2GHz,积分相位噪声为-40.0dBc,功耗为5.0mW。与业内同类工作对比,该成果的带宽达到了其他工作的5.2倍,同时没有带来相位噪声的恶化。

肯吃苦、多拼搏,为行业做更多贡献

2018年2月,国际固态电路会议召开。该会议是目前国际公认集成电路领域的权威会议,有着“Chip Olympics(芯片奥林匹克)”的雅称,自1954年成立以来,共发表相关学术论文7500余篇。中国大陆地区作者于2005年发表首篇论文,截至目前在该会议上发表的相关文章有24篇。

此前,我校硕士生郭开喆、余益明同学(原电子工程学院)和本科生周雄同学(原通信与信息工程学院)的论文曾入选该会议“学生科研前瞻”单元汇报展示。如今,张净植再次创造历史,并与来自日本北海道大学的博士生Kodai Ueyoshi共同获得大会为亚太地区的优秀学生论文设立的“Silkroad Award”奖项。

对于这次研究成果,张净植十分感激康凯教授及团队的大力支持。他说,集成电路不同于其他学科,每一次设计完成以后拿出去加工,就没有改正的机会了。每一次流片的成本都非常大,设计过程中的任何一点小失误,都可能导致全盘皆输。正是康凯教授和团队在芯片设计方面的悉心指导和严格要求,以及对流片工作的大力支持,才使他有机会参与到这项重要的研究工作中来,并取得了一定的成绩。

张净植表示,“做这一行非常累,要做好足够的心理准备,熬夜也是常有的。只有肯吃苦、肯拼搏,才能为这个行业做出更多贡献!”目前,团队正在进一步优化设计,准备做第三版设计和流片工作。他说,“我们的芯片设计从一开始就是面向应用并且和工业界紧密结合的,随着5G通信时代的到来和各种应用逐渐推广,我们的芯片也可能会进入产品化阶段,应用到手机和基站,让5G也可以实现‘全球通’”。

原文标题:恭喜电子科大!5G“通用芯片, 轰动全球!

文章出处:【微信号:icunion,微信公众号:半导体行业联盟】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

奥谱太赫兹技术研究院落户深圳

深圳市奥谱太赫兹技术研究院在坪山区正式揭牌。这标志着我国在自由电子太赫兹源技术领域研究与应用正式开启....

的头像 MEMS 发表于 09-25 17:54 33次 阅读
奥谱太赫兹技术研究院落户深圳

高通与合作伙伴联合推出IoT产品及解决方案,将为物联网落地加速

物联网的英文名称是Internet of Things(IoT),顾名思义,是物物相连的互联网,万物....

发表于 09-25 17:21 62次 阅读
高通与合作伙伴联合推出IoT产品及解决方案,将为物联网落地加速

华为率先完成中国5G技术研发试验第三阶段 3GPP R16及未来的新功能及新技术验证测试

华为无线CTO及5G首席科学家童文博士表示,“5G从技术上有三个方面的提升:极致的速率,极低的时延,....

的头像 章鹰 发表于 09-25 16:59 153次 阅读
华为率先完成中国5G技术研发试验第三阶段 3GPP R16及未来的新功能及新技术验证测试

PCB如何成为5G时代的大赢家?

5G,你比4G多一G,但是这一个G,却意味着天差地别的技术含义!

的头像 PCB行业融合新媒体 发表于 09-25 16:49 59次 阅读
PCB如何成为5G时代的大赢家?

益莱储携手是德科技加速5G测试与创新

2018年9月20日,北京—— 全球领先的测试技术解决方案和服务供应商益莱储(Electro Ren....

的头像 TechSugar 发表于 09-25 16:23 31次 阅读
益莱储携手是德科技加速5G测试与创新

华为预计明年中期推出首部配备可折叠屏设计的5G手机

9月21日消息,在天津达沃斯世界经济论坛的座谈会上,华为轮值CEO胡厚崑宣称华为将在2019年年中推....

的头像 芯智讯 发表于 09-25 15:30 91次 阅读
华为预计明年中期推出首部配备可折叠屏设计的5G手机

火炬电子:子公司新产线年底投产,用于5G微波元件市场

据报道,中美贸易战再升级,引发市场需求恐受影响的疑虑,不过,半导体矽晶圆厂环球晶董事长徐秀兰19日表....

的头像 电子发烧友网 发表于 09-25 14:11 49次 阅读
火炬电子:子公司新产线年底投产,用于5G微波元件市场

芯片产业如何借助5G寻求破局?

随着3GPP 5G第一阶段全功能标准化工作的完成,一场波及整个社会的巨大变革即将袭来,而作为集成电路....

的头像 C114通信网 发表于 09-25 11:56 209次 阅读
芯片产业如何借助5G寻求破局?

2023年紫光展锐有望在全球5G市场三分天下

紫光展锐已经完成了5G基带、射频、NB-IOT芯片及模块的布局和量产,其5G生态系统也已日见完善。紫....

的头像 罗欣 发表于 09-25 11:07 440次 阅读
2023年紫光展锐有望在全球5G市场三分天下

TE Connectivity提供可靠连接,正在连接高速未来

全球连接与传感领域领军企业TE Connectivity(TE)近日宣布正在利用支持速度高达4G网络....

的头像 刘某 发表于 09-25 10:53 142次 阅读
TE Connectivity提供可靠连接,正在连接高速未来

为什么华为在5G建设上输给了诺基亚?

19日EDN发布的《华为5G市场遭七国抵制,问题出在哪?》中的一句“中国移动选择将最大的5G订单交棒....

的头像 传感器技术 发表于 09-25 10:53 136次 阅读
为什么华为在5G建设上输给了诺基亚?

5G如何为AI补齐短板?寒武纪科技CEO陈天石这么说

寒武纪科技CEO陈天石表示,5G带给AI的变化,具体可以分为三个方面:其一,实现资源突破。其二,增加....

的头像 章鹰 发表于 09-25 10:50 358次 阅读
5G如何为AI补齐短板?寒武纪科技CEO陈天石这么说

沃达丰拟2020年前建1000个5G基站,已完成首个全息通话

沃达丰宣布,该公司将在2020年之前拥有1000个5G基站,此前该公司详细计划将更快的移动电话技术推....

的头像 罗欣 发表于 09-25 10:22 158次 阅读
沃达丰拟2020年前建1000个5G基站,已完成首个全息通话

爱立信顺利的完成了5G技术的所有计划测试项

爱立信本次测试基于3GPP R15 6月份的版本,采用基于3GPP规范的5G端到端产品,完成了物理层....

发表于 09-25 09:53 29次 阅读
爱立信顺利的完成了5G技术的所有计划测试项

爱立信与新加坡电信合作,实现了五载波聚合,大大提升了网络速率

爱立信与新加坡电信日前表示,双方在实验室环境使用五载波聚合实现高达1.5 Gbps的LTE峰值速率,....

发表于 09-25 09:46 22次 阅读
爱立信与新加坡电信合作,实现了五载波聚合,大大提升了网络速率

寒武纪陈天石:5G补齐AI致命短板 引领人工智能时代变革

近日,“2018中国芯片发展高峰论坛”在南京举行,寒武纪科技CEO陈天石受邀出席并表示,5G的到来,....

的头像 罗欣 发表于 09-25 09:44 679次 阅读
寒武纪陈天石:5G补齐AI致命短板 引领人工智能时代变革

5G、数据中心将成未来重要市场,中天宽带全力布局光纤光缆业务的发展

目前三大运营商宽带市场竞争十分激烈,作为光纤光缆领域的重要厂商,中天科技早已瞄准了运营商宽带市场中的....

发表于 09-25 09:37 21次 阅读
5G、数据中心将成未来重要市场,中天宽带全力布局光纤光缆业务的发展

诺基亚贝尔已成功的完成了5G数字化室内系统的射频测试

诺基亚贝尔的5G Air-Scale Indoor (ASiR)小站系统可以帮助运营商在话务热点和重....

发表于 09-25 09:27 30次 阅读
诺基亚贝尔已成功的完成了5G数字化室内系统的射频测试

中兴通讯完成了基于3GPP R15标准的独立组网SA3.5GHz外场测试

近日,在IMT-2020(5G) 推进组组织的中国5G技术研发试验第三阶段测试中,中兴通讯率先完成基....

发表于 09-25 09:22 44次 阅读
中兴通讯完成了基于3GPP R15标准的独立组网SA3.5GHz外场测试

5G时代即将来临,云计算迎来新一轮爆发,电信运营商机遇与挑战并存

从市场规模来看,2017年中国云计算市场规模接近700亿元,年增速达到了28%,预计到2020年将达....

发表于 09-25 09:17 86次 阅读
5G时代即将来临,云计算迎来新一轮爆发,电信运营商机遇与挑战并存

中国电信最新的终端与网络发展路标与策略解析

从循序渐进的角度,应该先谈谈中国电信4G终端的演进,而不是直接谈5G,毕竟5G终端要正式推出要到明年....

发表于 09-25 09:14 22次 阅读
中国电信最新的终端与网络发展路标与策略解析

5G商用临近,中国电信启动Hello 5G计划,构建智能生态

5G商用临近,全球运营商均在发力。作为全球最大的LTE FDD运营商,中国电信也在积极探索4G向5G....

发表于 09-25 09:10 33次 阅读
5G商用临近,中国电信启动Hello 5G计划,构建智能生态

5G时代运营商该如何推动信息通信行业的持续健康发展?

长远来看,互联网作为如同水电煤一般的社会基础设施,运营商很难在基础电信业务,如电话、短信、上网等中获....

发表于 09-25 09:06 23次 阅读
5G时代运营商该如何推动信息通信行业的持续健康发展?

全球运营商抢跑5G市场,中国是最大的“黑马”

在5G建设如火如荼的当下,谁抢占了先机,谁就有可能抢占庞大的市场。5G什么都是全新的,频谱是新的、产....

发表于 09-25 09:02 42次 阅读
全球运营商抢跑5G市场,中国是最大的“黑马”

5G第三阶段测试规划详解

目前,我国5G技术研发试验第三阶段测试已经进入关键期,IMT-2020(5G)推进组即将于9月通信展....

发表于 09-25 08:49 35次 阅读
5G第三阶段测试规划详解

三大运营商广泛与垂直行业合作,5G商用落地指日可待

中国移动在与垂直行业合作方面行动早,涉及行业广,2016年便成立了5G联合创新中心。目前5G联合创新....

发表于 09-25 08:49 23次 阅读
三大运营商广泛与垂直行业合作,5G商用落地指日可待

紫光展锐携手众多厂商共建5G生态!

9月19日,在南京市江北新区政府主办,紫光集团和紫光展锐承办的主题为“芯时代·共成长”的“2018中....

的头像 芯智讯 发表于 09-21 17:00 2018次 阅读
紫光展锐携手众多厂商共建5G生态!

运营商将如何借助5G下好智慧城市这盘大棋?

智慧城市建设的核心是“人”与“物”的智慧化管理,而通信运营商则将在智慧城市中扮演不可替代的角色。

的头像 安全自动化 发表于 09-21 16:21 591次 阅读
运营商将如何借助5G下好智慧城市这盘大棋?

我国首条自动驾驶车辆测试道路正式对外开放

9月19日,由房山区政府与中国移动联合打造的我国首个5G自动驾驶示范区落户房山,同时首期自动驾驶车辆....

的头像 机器人技术与应用 发表于 09-21 16:18 358次 阅读
我国首条自动驾驶车辆测试道路正式对外开放

沃达丰用5G完成首个全息通话,计划将移动电话技术推广到城市以外的地区

据外媒报道,沃达丰宣布,该公司将在2020年之前拥有1000个5G基站,此前该公司详细计划将更快的移....

发表于 09-21 16:06 151次 阅读
沃达丰用5G完成首个全息通话,计划将移动电话技术推广到城市以外的地区

加拿大禁华为当地运营商将面临较高的5G成本

据外媒报道,无线专家警告加拿大运营商称,如果不再与华为做生意,加拿大运营商可能面临较高的5G成本。公....

发表于 09-21 15:52 920次 阅读
加拿大禁华为当地运营商将面临较高的5G成本

中移智行如何领跑5G自动驾驶?

日前,中国移动首届5G自动驾驶峰会在北京房山举行,众人见证了国内第一个5G自动驾驶开放道路正式发布。....

的头像 通信揭秘 发表于 09-21 15:41 357次 阅读
中移智行如何领跑5G自动驾驶?

爱立信展示了物联网成果,激发出物联网的无限商机

最新的《爱立信移动市场报告》预测,到2023年,蜂窝物联网连接数量预计将达35亿,以每年30%的速度....

发表于 09-21 15:40 1348次 阅读
爱立信展示了物联网成果,激发出物联网的无限商机

5G的“扬帆起航”与商用的五个要素紧密相连

全球移动设备供应商协会(GSA)最新发布的报告显示,截至今年7月,全球66个国家(和地区)的154家....

发表于 09-21 15:35 429次 阅读
5G的“扬帆起航”与商用的五个要素紧密相连

未来5G人才综合能力要求是什么?

5G时代,由于新的网络架构、全新的网络技术、多样性的业务应用、全云化的设备部署,将对网络运维造成极大....

的头像 传感器技术 发表于 09-21 15:33 437次 阅读
未来5G人才综合能力要求是什么?

5G组网将会采取小站密集组网

邓伟提到,随着不限量流量推出后,DOU呈现直线上涨的趋势。如果DOU到30G,宏站小区在应用到3D-....

发表于 09-21 15:29 151次 阅读
5G组网将会采取小站密集组网

中国电信为什么要停止2G和3G手机终端的入库?

杨杰在大会上谈到未来5G时代中国电信的终端策略时,很坚定地告诉产业链和合作伙伴,未来5G时代,中国电....

发表于 09-21 15:09 359次 阅读
中国电信为什么要停止2G和3G手机终端的入库?

“2018中国芯片发展高峰论坛”在金陵之城南京隆重开幕

早在今年年初的世界移动大会上罗德与施瓦茨就与紫光展锐签署了一项谅解备忘录,双方在下列5个重要领域加强....

的头像 罗德与施瓦茨资讯 发表于 09-21 14:41 655次 阅读
“2018中国芯片发展高峰论坛”在金陵之城南京隆重开幕

爱立信完成5G第三阶段SA基站基本功能测试!

2018年9月20日,爱立信在中国信息通信研究院MTNet实验室顺利完成了中国5G技术研发实验第三阶....

的头像 爱立信中国 发表于 09-21 10:51 392次 阅读
爱立信完成5G第三阶段SA基站基本功能测试!

益莱储加强5G测试服务,联手是德科技加速 5G创新

全球领先的测试技术解决方案和服务供应商益莱储(Electro Rent)宣布计划扩大与是德科技在5G....

的头像 罗欣 发表于 09-21 10:50 461次 阅读
益莱储加强5G测试服务,联手是德科技加速 5G创新

中国集成电路发展带来了大的机遇,但是挑战也是前所未有

赵伟国表示,挑战再大也得发展,要想解决卡脖子的问题,就必须要先解决发展。“去年集成电路的产值约为41....

的头像 电子发烧友网 发表于 09-21 10:21 411次 阅读
中国集成电路发展带来了大的机遇,但是挑战也是前所未有

工信部:汽车电子应加大支持力度

汽车智能化网络化的关键在于构建具有感知、计算、通信、决策等功能的新型体系架构。完成汽车行驶和信息交互....

发表于 09-21 09:32 274次 阅读
工信部:汽车电子应加大支持力度

5G RF前端朝模组/IC发展 毫米波传输耗损已成历史

以往RF前端多采用离散式元件(Discrete Components),透过印刷电路板(PCB)上的....

发表于 09-21 09:27 236次 阅读
5G RF前端朝模组/IC发展 毫米波传输耗损已成历史

探讨5G手机射频天线设计的挑战与机遇

5G已然成为全球从芯片、模组、方案再到产品设备商所有上中下游厂商竞相追逐的巨大商机。

的头像 MEMS 发表于 09-20 17:13 316次 阅读
探讨5G手机射频天线设计的挑战与机遇

英特尔携手爱立信将推动新一波5G体验的浪潮

作为英特尔中国公司首个3GPP SA标准下的异厂商5G新空口互通项目的骨干成员之一,他已经三个多月没....

的头像 知IN 发表于 09-20 17:06 586次 阅读
英特尔携手爱立信将推动新一波5G体验的浪潮

移动通信标准5G开发基于氮化镓(GaN)的经济高效的高性能技术

基站是蜂窝网络的连接点。它们记录无线电小区的传输数据并将其传递。为了确保未来毫米波频段内的数据泛滥,....

的头像 宽禁带半导体技术创新联盟 发表于 09-20 17:01 360次 阅读
移动通信标准5G开发基于氮化镓(GaN)的经济高效的高性能技术

中兴通讯推进5G网络安全保证规范,为未来5G提供全方位的安全保障

未来5G安全将在更加多样化的场景、多种接入方式以及新型网络架构的基础上,v。除满足基本通信安全外,5....

发表于 09-20 16:01 104次 阅读
中兴通讯推进5G网络安全保证规范,为未来5G提供全方位的安全保障

台虹斥资10亿新台币在大陆南通设厂

台郡董事长郑明智指出,在取得和发园区新厂土地后,将分2期兴建厂房投产。第1期即将于签约完成后动工,预....

的头像 PCB资讯 发表于 09-20 15:56 807次 阅读
台虹斥资10亿新台币在大陆南通设厂

频谱分配是国内5G行业未来有序发展的基础

王睿表示,5G频率高低和宽度是战略点,决定5G起跑线位置。

的头像 C114通信网 发表于 09-20 15:38 255次 阅读
频谱分配是国内5G行业未来有序发展的基础

5G网络的演进与应用场景解析

以目前3GPP标准的节奏,预判2020年试商用能相对比较成熟,而随着产业环境加速的趋势,也可能基于目....

发表于 09-20 11:51 168次 阅读
5G网络的演进与应用场景解析