”Allt eftersom traditionella maskiner för industriell tillverkning blir ”smarta” genom tillägg av sensorer, kommer 5G att tillhandahålla stamnätet som möjliggör datakommunikation mellan dessa maskiner och olika analyssystem.
Detta säkerställer att en digital tvilling till en fysisk process kan bli verklighet. Den digitala tvillingen gör det möjligt för operatörer att optimera prestanda, schemalägga underhåll och mata insikter för nästa generation av produktförbättringar. Allt detta resulterar i högre prestanda, minskande stilleståndstid och snabbare produktintroduktioner, samt nya intäktsflöden baserat på den samlade informationen.
Inom energisektorn fortsätter mindre utspridda energiproduktionssystem (som solpaneler och vindkraftverk) att öka på bekostnad av stora, centraliserade anläggningar. Detta gör det mer utmanande att balansera kraftförsörjningen för att matcha efterfrågan över ett nät. Med de många, snabba och tillförlitliga anslutningarna som erbjuds med hjälp av 5G blir det enklare med balanseringen av kraftförsörjningen.
HUR SER TIDSPLANEN UT FÖR 5G?
Om du tittar på utvecklingen av cellulära standarder ända tillbaka till 1G, 1979, så ser du några trender. För det första tenderar en ny standard att introduceras vart 7 – 10 år. Den andra trenden är att det i allmänhet tar ungefär två till tre år att få utbredd implementering. Slutligen, när en standard har införts, förblir den vanligtvis i utbredd användning i cirka 20 år. Som ett resultat tenderar du vid varje given tidpunkt att se en hel del överlappningar när det gäller utrullningen, och du ser det idag med 2G, 3G och 4G.
Jag tror att en bred utrullning av 5G troligen ligger två till tre år bort, och mycket av det kommer att påverkas av applikationerna. 5G rullas ut globalt och är redan implementerat i större storstadsområden i USA, Europa och Asien. Kom ihåg att med 5G får vi många nya tillämpningsområden. Tänk inte på 5G helt enkelt som en teknik för smartphones och konsumenter. 5G på fabriksgolvet kommer till exempel att se väldigt annorlunda ut än 5G för konsumenterna. Det är svårt att kvantifiera hur utbredd den industriella användningen blir, men diskussioner pågår idag.
VILKA ÄR DE TEKNISKA UTMANINGARNA FÖR 5G?
För det första, för att rulla ut 5G, krävs det ett helt ekosystem. Jag brukar tänka på ekosystemet som fyra stora aktörer. Du har infrastrukturen, chip-set, komponenttillverkare (OEM) och operatörer. För övrigt tror jag att vi kommer att se många fler komponenttillverkare i framtiden när allt fler typer av enheter ansluts via mobiltelefonen.
Om du tittar på infrastrukturen så är modellerna för arbetet en av de stora tekniska utmaningarna för 5G. När du utformar infrastruktur måste du utgå från en modell för nätverkstrafik. Det har funnits några väldefinierade modeller som har utvecklats genom åren med de bygger huvudsakligen på smarttelefon-trafik över mobilnätet.
Men när vi nu går framåt och vi börjar tänka på dessa andra applikationer – autonoma fordon, IoT o s v – då behöver vi nya modeller. Dessa nya modeller måste hantera en större variation baserat på om en basstation används i ett mobilt torn eller på ett fabriksgolv. Detta påverkar infrastrukturens systemarkitektur och design.
MODEL-BASED SYSTEM ENGINEERING
Som ett resultat av detta undersöker nu infrastrukturleverantörerna något som kallas MBSE (Model Based System Engineering). Koncepten kring MBSE har använts i flera år inom flygteknik, flygplansdesign och bilar. Nu övergår dessa koncept till utformningen av 5G-infrastrukturen eftersom du måste ha samma förmåga att modellera systemet, inte bara från de högsta nivåerna utan hela vägen ner i hur du arkiverar SoC (system-på-chip). Denna modellering är inte bara för hårdvara, utan också för olika programvaruarkitekturer.
Användandet av chip-set i 5G medför stora utmaningar när det gäller systemintegration och ”protocol compliance”. Vi närmar oss läget där skalning av halvledarteknologi inte ger dig alla de systemintegrationsfunktioner som behövs. Det är därför du ser diskussionerna som inte bara nämner SoC (system-på-chip) utan även något som kallas system-in-package, SiP. Här samlas ett eller flera chip i ett enda halvledarpaket, vilket gör dessa paket mycket mer komplexa – så komplexa att designers använder EDA-programvaruverktyg för chipen på halvledar-paketnivån.
5G-protokollet, gör i de olika fall som vi diskuterat, det krångligare att definiera chipkrav och säkerställa deras verifiering och validering. Och detta är inte bara i början, utan även senare i chipets livscykel när vi kan föreställa oss nya tillämpningar och designers behöver ett pålitligt sätt att veta om deras chip kommer att fungera i dessa nya sammanhang.
Komponenttillverkarna har i allt högre grad hanterat komplex elektronik i en utmanande mekanisk miljö. Smartphones är ett bra exempel. Ledande smartphones vill vara sju millimeter tjocka eller mindre samtidigt som de ska innehålla fler och fler funktioner. Det är inte bara 5G teknologin – våra smartphones har fortfarande bättre kameror och förbättrad batteritid, för att bara nämna några saker. En stor utmaning, när du packar samman fler och bättre funktioner, är värmeavledning.
RISKEN FÖR FEL
En annan stor utmaning är vad jag kallar ”risken för fel”. Historiskt har du två olika designgrupper som har arbetat någorlunda självständigt: elektronik-teamet och det mekaniska teamet. Nu måste dessa två grupper arbeta tätare tillsammans, och om du inte har rätt system och verktyg för att samarbeta blir risken för fel mycket större.
Siemens Xcelerator-plattform, förstärkt i och med förvärvet av Mentor och därpå följande förvärv som Sarokal, Solido och UltraSOC, är unikt positionerat för att hantera dessa 5G:s designutmaningar när det gäller nätverket och toppnivåsystemet hela vägen ner till det lägsta chipet.
För att få veta mer om Xcelerators portfölj och 5G-lösningar, besök Siemens Digital Industries Software.
Mats Friberg,
Vice President & Managing Director,
Nordic Operation
Siemens Digital Industries Software
