Forscher an der Universität von Kalifornien haben einen speziellen Funk-Controller entwickelt, der aus einer eigenen Sende- und Empfangseinheit besteht: Die Neuentwicklung arbeitet im Frequenzbereich von 140 GHz und hat eine maximale drahtlose Datenbandbreite von bis zu 120 Gbit/s. Diese Geschwindigkeit wurde bisher nur von Lösungen auf dem Servermarkt angeboten, die auf optischen Verbindungen beruhen und meist im Bereich von 100 Gbit/s arbeiten, aber die neue Entwicklung bietet die gleiche Geschwindigkeit auf drahtlosem Wege und kann in einigen Fällen sogar noch schneller sein. Wie effektiv eine solche Technologie in einer Serverumgebung wäre, ist eine andere Frage, aber künftige Forschungen dürften hier Aufschluss geben, da die Forscher glauben, dass sie in dieser Umgebung eingesetzt werden und mehrere Kilometer Glasfaserkabel ersetzen könnte.
Der neue Chip besteht aus einem Sender und einem Empfänger auf einem einzigen Wafer, zusammen mit einer Reihe anderer wichtiger Komponenten, in einem neuartigen Konzept. Die üblichen Hochfrequenzmodule, die sowohl einen Sender als auch einen Empfänger enthalten, verwenden DACs zur Kommunikation: analoge Signale werden in digitale Signale umgewandelt und dann zur Durchführung verschiedener Operationen verwendet. Im Frequenzbereich von 100 GHz kann eine solche Architektur bei dieser Bandbreite zum Engpass werden, da klassische DAC-basierte Systeme sehr komplexe Berechnungen durchführen müssen und der hohe Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung den mobilen Einsatz erschweren. Das Forscherteam der University of California hat daher einen neuen Ansatz gewählt: Sie haben den DAC durch drei synchrone Subdioden ersetzt, die mit einer Leistungsaufnahme von nur 230 mW kommunizieren können.
Zum Vergleich: Ein DAC, der im Frequenzbereich von 140 GHz Datenraten von 120 Gbit/s bewältigen kann, würde nach dem bisherigen Konzept nur wenige Watt Leistung aufnehmen, was für batteriebetriebene Geräte problematisch wäre, da er in Kombination mit den anderen Komponenten schnell die verfügbare Batterielebensdauer aufzehren würde. Die Forscher haben daher das oben erwähnte Design entwickelt, um diese Einschränkungen zu umgehen: Der neue Controller führt komplexe Rechenaufgaben im analogen Bereich durch und nicht im digitalen Bereich, wo solche Operationen nur mit deutlich höherem Stromverbrauch durchgeführt werden können.
Der spezielle Controller selbst wird in der 22-nm-FDSOI-Fertigungstechnologie hergestellt, was zu einem wesentlich einfacheren und kostengünstigeren Herstellungsprozess führt, als wenn die modernen 2-nm- oder 1,8-nm-Knoten verwendet worden wären. Dies dürfte auch dazu beitragen, dass sich das neue HF-Modul schnell auf dem Verbrauchermarkt und in anderen Segmenten durchsetzt, da es relativ leicht in großen Mengen und kostengünstig hergestellt werden kann.
Es gibt keine Hinweise darauf, wie sich die Reichweite entwickeln wird, aber angesichts der Tatsache, dass 5G, das sich in den 71-GHz-Frequenzbereich vorwagt, eine Reichweite von etwa 300 Metern haben wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Innovation, die im 140-GHz-Frequenzbereich arbeiten wird, eine viel geringere Reichweite haben wird. Die Datenrate von 120 Gbit/s ist natürlich immer noch beeindruckend, da Wi-Fi 7 und das kommende Wi-Fi 8 nur eine maximale drahtlose Bandbreite zwischen 30 und 40 Gbit/s bieten können, wobei letzteres ein theoretisches Maximum ist, das vor allem in industriellen Umgebungen von Nutzen sein wird.
5G erreicht Geschwindigkeiten von etwa 5 Gbit/s und ist damit um ein Vielfaches langsamer als die oben erwähnte Innovation. Die von Forschern der University of California entwickelte Technologie erscheint daher äußerst vielversprechend und wird sicherlich eine Schlüsselrolle bei Geräten der nächsten Generation spielen.
