6G时代的芯片

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文章摘要

研究人员正在积极应对6G技术的关键挑战，目标是实现超过1 Tbps的速度、亚毫秒级的延迟、AI原生架构以及物理世界和数字世界的无缝集成。然而，频谱稀缺、散热限制、射频前端效率低下以及对小型化高增益天线的需求，仍然是技术发展的主要瓶颈。本综述重点介绍了三所大学的研究项目，分别从光子处理、半导体射频现象和相控阵微型化三个方面，为6G技术提供了新的可行性。

麻省理工学院的研究人员开发了一种名为MAFT-ONN的光子深度学习处理器，能够直接对原始射频信号进行完全模拟的深度学习。该系统通过频域编码、光电倍增和电光非线性技术，规避了射频前端的数字瓶颈，实现了实时、低延迟的信号分类和频谱分析。该设备在射频调制分类中展现出95%的准确率，并在MNIST数字分类中处理了近四百万次模拟运算，显著优于数字设备的延迟性能。这一技术为射频前端的现场AI推理奠定了基础，对于认知无线电和自适应频谱接入等6G应用至关重要。

布里斯托大学的研究人员在超晶格城堡场效应晶体管中发现了一种由局部碰撞电离触发的可逆锁存现象。该器件采用多通道GaN结构，展现出陡峭的亚阈值斜率和宽跨导特性，为6G系统提供了更线性、更高效的射频功率放大器。研究表明，这种锁存效应不仅无害，反而增强了线性度，允许更大的电压摆幅，从而提高了输出功率。这一发现为在不增加器件尺寸的情况下提升射频性能提供了潜在途径，并为制造过程中控制鳍片宽度变化提供了蓝图。

东京科学研究所的研究人员利用定制3D封装平台，成功制造出一款超紧凑型6G相控阵收发器。该模块针对亚太赫兹频率，集成了四通道波束成形技术，体积比一枚硬币还小。尽管尺寸较小，该器件仍实现了波束控制、高增益和低误差矢量幅度，适用于超可靠的高速数据链路。这项研究直接解决了6G的关键障碍之一，即以与消费电子产品兼容的尺寸实现相控阵技术，强调了实际可行性。

这三项研究分别从光子AI、GaN锁存技术和相控阵微型化三个方面，为6G技术的发展提供了重要的技术突破。这些创新不仅解决了当前的技术瓶颈，还为未来6G系统的实际应用奠定了坚实的基础。