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AlScN项目获得德国创新奖

2021/9/3 16:52:16      材料来源:化合物半导体

EdgeLimit项目展示AlScN放大器如何从根本上提高5G基站中高频放大器的功率密度和效率


弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer Institutes)IAF和IIS与弗莱堡大学(University of Freiburg)/INATECH一起,在德国联邦教育和研究部(BMBF)发起的 "节能信息和通信技术电子学 "创新竞赛中,以其联合项目 "EdgeLimit - 现代边缘云系统的电力电子学评估 "获得第二名。

 

EdgeLimit项目提出了一个概念,即在5G基站的高频放大器中使用新型功率半导体,以用于基于氮化铝钪(AlScN)的26-34GHz新毫米波。

 

该项目不仅在能源消耗和二氧化碳排放方面提供了巨大的节约潜力,而且在高频电子领域具有非凡的创新水平,对德国的微电子行业具有重大影响。这体现在行业对项目第二阶段的重要参与上,计划与诺基亚贝尔实验室、United Monolithic Semiconductors GmbH、德国电信股份公司(关联公司)以及诺基亚解决方案和网络有限公司合作。

 

用于更高效天线放大器的半导体技术

 

现代网络信息和通信技术系统除了中央数据处理基础设施(云)之外,还越来越多地在网络边缘具有收集和处理信息的能力,以及在云和边缘之间传输数据的系统。“这就是 EdgeLimit项目的意义所在。我们的目标是实现一个完整的天线系统,即所谓的远程无线电头端 (RRH),它将在5G的毫米波范围内实现更节能的传输,同时将损耗减半。”项目协调员、Fraunhofer IAF副主任兼节能射频电子学教授Rüdiger Quay解释说。

 

弗劳恩霍夫集成电路研究所所长Albert Heuberger表示:“例如,我们正在研发智能边缘解决方案,在设计阶段就将能耗考虑在内并将其降至最低。”通过查看Fraunhofer IIS的5G测试平台工业4.0中无线电单元(大规模MIMO天线)的能耗,可以构建和测试高能效、分布式、安全的边缘云系统。

 

项目合作伙伴正在使用新型功率半导体AlScN开发开创性的高频组件。“我们正在追求的半导体技术和我们已经在 IAF 获得的很多经验,有潜力通过更好的匹配、更高的增益和更高的功率密度从根本上提高集成电路 (MMIC) 的功率效率,”Quay解释道。由于其高载流能力,AlScN比硅、GaAs和AlGaN/GaN等成熟半导体具有显著优势。基于这种材料,EdgeLimit的目标是在新的蜂窝频率中将放大器级的功率效率至少提高一倍,并将功率转换器的损耗减半。

 

智能化和需求导向的ICT

 

仅仅靠更节能的电子产品是无法应对信息和通信技术呈指数级增长的能源消耗的。物理能效的范围比可实现的数据吞吐量更接近,后者增长更快,从而促进了反弹效应。一种解决方案是对移动通信系统进行智能和自适应管理,确保按需使用能源——这种方法具有巨大的节能潜力。

 

为了实现智能信息和通信技术,需要创新的电力电子架构,允许在不影响数据传输延迟的情况下根据需要打开和关闭电子设备。

 

“在网络层面,应通过智能联网传输模块和具有按需控制的天线来节省大量能源,例如在工厂网络中,如博世在德累斯顿的新半导体工厂,或用于向汽车快速传输视频。”Quay说。

 

“为此,我们正在EdgeLimit中开发能够连接到智能网络管理的必要高频电子设备。因为有一点是肯定的:在信息和通信技术的进一步发展中,我们必须至少给予资源效率与性能提升同等的优先权。随着数字化的推进,这是减少二氧化碳排放的唯一方法。”

 

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