2021年04月08日 | GlobalFoundries校企联合，共同开发6G预言

日前，GlobalFoundries官方发布博客，介绍了公司在6G领域的进展，与大学共同开发先进的技术，通过FDX、RF SOI和SiGe等工艺，帮助实现6G前沿研究的突破。

过去，半导体公司的演进方向是花费大量的时间和精力寻找将半导体器件缩小的方法，因为缩放产生了显着更高的性能，从而打开了许多新的应用。

但是，该行业近几十年来取得的进步带来了许多已经非常强大的技术平台，并且经济高效地为它们添加新的功能，以使其适应新的需求。作为全球领先的特种半导体制造商，GlobalFoundries（GF）为不断发展的应用提供了不断扩展的差异化解决方案，成为此类技术开发的典范方法。

在公司力争成为6G无线通信技术的领导者方面，这一点最明显。GF提供了许多平台和解决方案，这些平台和解决方案不仅在最苛刻的通信应用中得到了证明，而且还没有充分挖掘其全部潜力。包括GF的22FDX平台和22FDX+解决方案，以及GF的RF SOI和SiGe（硅锗）解决方案系列。

它们代表了通往下一代无线通信技术6G的引人注目的途径，预计6G将在2030年末首次亮相。

在我们最近发表的有关GF推动6G技术领先地位的博客中，我们介绍了该公司的“大学合作伙伴计划”。GF通过它为超过35个大学团队提供了技术授权，这些团队与GF在6G等各个领域的研发人员进行了合作。他们分享他们的研究成果，以支持向GF平台添加新功能，在技术和学术会议上发布研究成果，发现新的应用可能性，并向学生介绍这些技术，然后他们将在整个职业生涯中对其进行熟悉。

我们介绍了我们的研究合作伙伴之一，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的特聘教授Gabriel Rebeiz。他是通信和国防系统集成相控阵的先驱，他领导着广泛的研究项目，从45 RFSOI的宽带系统到140GHz相控阵。

在此博客中，我们将重点介绍另外三个知名大学合作伙伴，他们将向我们介绍他们的研究，他们如何使用GF的技术以及与GF合作对他们和他们的学生意味着什么。他们的丰富经验和研究兴趣将说明GF对6G的承诺，并展示GF的战略和技术如何帮助6G取得更好，更快，更经济的进步：

Friedel Gerfers博士是柏林工业大学（TU Berlin）混合信号电路设计的主席，他被授予爱因斯坦基金，以鼓励其从事适用于5G / 6G通信系统的混合信号电路设计领域的工作。柏林爱因斯坦基金会由地方政府创立，以资助前沿的科学和研究，为耗费大量人力和物力的高频实验室提供资金，该实验室是德国仅有的两个能够完全测试和表征电气和光学特性的实验室之一，支持D波段（高达170GHz）的系统。

Aarno Parssinen教授在芬兰奥卢大学无线通信中心（CWC）中工作。Parssinen教授是该大学6G旗舰计划的主要人物，并且是芬兰诺基亚公司的重要合作伙伴，诺基亚是世界领先的电信和网络公司之一。

Wang Hua教授是佐治亚理工学院电路与系统中心（CCS）的主任。他的团队一直与许多半导体公司密切合作。王教授获得了多个享有盛誉的学术奖项，包括DARPA主任奖学金。他因对宽带节能RF / mmWave电路，新颖的收发器阵列架构以及天线电子协同设计的贡献而受到认可，这对行业研发活动的方向产生了重大影响。

把想法变成芯片

Gerfers教授目前担任带领15位博士，学生主要使用22FDX平台研究5G / 6G架构和解决方案，还致力于研究高速通信技术，例如汽车以太网和光通信。当前的一个项目是研究世界上第一个单片集成6G收发器，目的正在确定哪些技术可以与22FDX技术集成，以实现从天线到数字的10—15GHz带宽。

Gerfers曾在飞利浦，英特尔，Inphi和Apple以及两家初创公司Alvand Technologies和Aquantia从事过研究工作。他于2015年加入柏林工业大学，并于同年开始与GF合作。与GF的成功合作的项目始终保持增长。

Gerfers教授表示：“高频应用中的能效和强劲性能是未来6G无线通信系统未满足的关键需求。 “不仅在德国，而且在全球，越来越多的意识是，微电子在许多与社会和技术相关的领域正成为瓶颈。这就是GlobalFoundries设置计划如此重要的原因。它是微电子技术持续发展的关键推动力，因为它使我们能够获得将我们的想法和创新转化为芯片所需要的尖端技术。”

“此外，22FDX技术的出色性能和功能可满足广阔的应用。我们使用它来构建高带宽收发器，在保持严格的噪声预算的同时，还可以达到高功率效率。我们相信22FDX技术具有远超过250GHz的使用潜力，因此对于我们要解决的技术和应用而言是最佳的。另外，例如德国汽车制造商之所以使用基于FDX工艺的IC，不仅是因为它们具有高能效，而且还因为该技术足够强大，可以满足严格的汽车要求。”

Gerfers教授还指出，与FinFET相比，基于FDX的电路更易于学生设计和布局，“如果没有大学合作计划，我们将被困在28nm或更旧的节点上，被迫使用平面晶体管，该工艺要证明我们电路解决方案的高效率几乎是不可能的。”

弥合学术界与产业界的鸿沟

芬兰在移动通信发展方面拥有悠久而卓越的历史。1991年开发并首次部署GSM（2G标准）的地方。行业巨头诺基亚所处的位置；全球首个也是最大的6G研究计划之一的6G旗舰计划于2018年启动。

奥卢大学（University of Oulu）的Parssinen教授表示，与行业进行学术合作对于持续进步是必要的。“在芬兰，我们的学术界从一开始就帮助推动了这一新兴行业。我们的角色一直是弥合经典学术研究与公司产品开发之间的鸿沟，我们一直是2G，3G，4G的核心，我们正在帮助世界实施5G。”

“现在，我们在奥卢建立了一个围绕6G技术的重要计划。确实，5G才刚刚开始发布，我们正在努力应对许多挑战。然而，现在是研究6G最有前途的时候，因为进行基础研究需要花费很长时间，将知识转化成产业并有效利用的时间会更长。大学的任务是向前看，尝试做一些我们尚不知道该怎么做的事情，这就是科学的目的。”

Parssinen教授的专长是蜂窝电路和高达5G甚至更高的收发器。在研究生院，他带领团队在单个芯片上开发了第一个3G电路，后来他成为了蓝牙LE（低功耗）标准的贡献者之一。他在诺基亚研究中心工作了10年，并在公司首席执行官技术委员会任职，还曾在瑞萨和博通担任关键技术开发职务。

在奥卢，他带领一支大约20人的团队，包括学生和其他教授。他们通过了解未来应用需求并开发电路和系统以解决这些问题。他们的研究包括相控阵，天线设计，高效波束成形和其他相关主题。该小组还正在建立一个复杂的实验室，以测量无线电系统的性能。

“我们使用GlobalFoundries的22FDX和45 RFSOI技术，两者之间的差异令人着迷。 22FDX技术的集成能力很强，我们仍在研究它的功能，这意味着对于我们从事IC设计的学生来说，使用它的机会是一个独特的优势。多年来，我们已经使用了很多45 RFSOI技术，并且由于我们拥有更多的经验，因此我们将其用于更大的芯片。”

他说：“获得芯片和自由探索创新思想是我们与GlobalFoundries合作的主要优势，能够通过该计划与同样处于领先地位的其他教授分享我们的工作真是太好了。从某种意义上说，我们正在与他们竞争，但我们的工作也将从他们的知识和研究中受益。”

未来无线的梦想系统

佐治亚理工学院的电路与系统中心（CCS）是该大学为通信，雷达和医疗保健应用开发高频电子设备的努力的核心，Wang hua教授所在的CCS中心拥有8名核心教职人员，以及90多名博士和12名博士后学者。

王教授自2012年以来一直在佐治亚理工学院工作，在学术界之前，他曾在Intel和Skyworks Solutions工作，领导了毫米波电路和系统以及低成本蜂窝前端模块（FEM）的新型解决方案的开发。

CCS中心的主要重点之一是探索用于5G和6G以上通信和传感的RF / mmWave / THz集成电路和系统。其他与无线相关的研究主题包括天线/电子协同设计；功率放大器；以及人工智能（AI）辅助的自适应RF / mmWave电路和MIMO系统。CCS中心还在高性能计算，低温电子学，生物电子学和生物传感器，物理层安全性以及基于AI的设计自动化方面拥有广泛的研究组合。

“我们将重点广泛放在创新无线电路/系统设计上。特别是推动了输出功率，带宽和RF / mm-Wave FEM电子设备的重新配置。”Wang教授说。“所有这些对于5G以及之后的市场来说都非常重要，因为频率越高，信号路径损耗就越高。要克服这一点，每个电路元件都需要更强大。而且，由于越来越多的毫米波系统将要阵列化，热管理变得困难，功率效率从未如此重要。”

他说：“对于未来的无线通信，我们的首要任务是找到以高线性度在海量数据速率下传输和接收信息的最佳方法。”

Wang教授说，天线/电路协同设计的需求也越来越大，因为在更高的频率下，波长更短，并且波长已经达到与平面电子电路相同的尺寸。他说：“这为直接在天线域进行功率组合，滤波，噪声消除甚至卫星通信开辟了有趣的可能性，但必须全面考虑所有内容。例如，现在我们有机会重新设计无线前端系统架构，并考虑分布式电子设备和辐射结构如何一起调制，传输和接收复杂的电磁信号。我们可以探索它们在通信、成像和传感中的用途。但是，这里的许多创新必须依赖具有不同抽象级别具有不同领域知识的协同设计。协同设计在封装方面也很重要——将天线放在封装或芯片上是个问题。”

Wang教授说，GF的技术平台在这方面具有许多优势。“45 RFSOI平台在基板中具有高电阻率，您可以使用它来制造高效的mmWave前端电路和天线。对于5G，我们一直在使用它和22FDX平台，因为它们非常适合高的mmWave应用。此外，基于各种研究，我们看到了SiGe器件的前景，这些研究表明它们的Fmax（晶体管速度）可以提高到700GHz或更高，并且该技术有助于实现大规模高效率的制造。”

Wang教授警告说，速度只是未来高频无线系统的一项关键要求。同样重要的是在未知或动态环境中以低延迟处理信号复杂性的能力。

“我的梦想是将先进的SiGe器件与高性能CMOS技术集成在一起，以帮助实现下一代无线电子设备所需的配置。幸运的是，这要归功于GF，我和我的学生都可以方便使用。”