Samsung ontwikkelt 8nm rf-chip voor 5G-communicatie

Samsung heeft een nieuwe radio-frequencychip ontwikkeld op een 8-nanometer procedé die 35 procent energie-efficiënter is dan de huidige 14nm-chip en 35 procent minder chipoppervlak heeft. De chip is vooral bedoeld voor 5G-communicatie, zegt Samsung.

De chip is de kleinste rf-chip van het merk, dat daarnaast al 28nm en 14nm-chips heeft, ontwikkeld door de foundry-divisie van Samsung. De 8nm-chip moet vooral een oplossing zijn voor 5G mmWave-toepassingen. Vergeleken met de 14nm-chip is deze 8nm-chip volgens Samsung 35 procent energie-efficiënter en is de chip-area 35 procent kleiner.

De rf-chip converteert het digitale signaal van een modemchip naar een analoog radiosignaal dat vervolgens naar de modemchip gestuurd wordt. Een probleem bij het ontwikkelen van kleinere chips, zegt Samsung, is dat radio-ontvangst achteruit gaat naarmate een chip kleiner wordt doordat er meer weerstand optreedt. Als oplossing voor dat probleem heeft het bedrijf een architectuur ontwikkeld die exclusief is voor de 8nm-rf-chip, dat het RFextremeFET noemt.

Doordat de chip kleiner is en minder stroom gebruikt, is deze in het bijzonder nuttig voor 5G-toepassingen, zegt Hyung Jin Lee, de directeur van Samsungs foundry-afdeling. "8nm-rf is vooral geschikt voor klanten die lange batterijduur willen en tegelijkertijd uitstekende signaalsterkte in compacte mobiele apparaten."

Door Stephan Vegelien

Redacteur

09-06-2021 • 09:13

25

Reacties (25)

Sorteer op:

Weergave:

Dat analoge techniek en kleinere chips een uitdaging is, dat kan ik wel begrijpen. Maar dat de RF chip het digitale signaal van de modem converteert van digitaal naar analog en dan weer terug naar het modem stuurt klopt volgen mij niet.

Volgens mij stat modem voor 'modulatie - demodulatie': Het onderdeel dat de omzetting doet van analog naar digitaal ( de modulatie ) en de omzetting doet van digitaal naar analoog ( de demodulatie ). Daarmee is de modem dus het onderdeel dat de omzetting doet tussen analoog en digitaal.

Daarnaast heb ik altijd begrepen dat RF staat voor 'Radio Frequency'. Dat is in de regel het onderdeel dat in de analoge radio techniek het te transporteren signaal superponeert op de draaggolf. Of dat nu met amplitude-modulatie of frequentie-modulatie gebeurt (of op nog een andere creative manier) is een detail in de RF specificatie.

Overigens wel knap dat ook de analoge techniek steeds kleiner wordt. Zeker tegenwoordig waar de hogere frequenties met kleinere golflengtes en kleinere cirquits elkaar tegen komen. Bijvoorbeeld dat 2 lijnen die toevallig parallel lopen automatisch als condencator gaan werken, of dat een lijn die voor de route een paar keer rond gaat per ongeluk een spoel wordt. Nog los van de lengtes van verbindingen die opeens als golf-pijp gaan werken of signalen gaan reflecteren en zo net in fase of in tegenfase signalen versterken of uitdoven.
Dat analoge techniek en kleinere chips een uitdaging is, dat kan ik wel begrijpen. Maar dat de RF chip het digitale signaal van de modem converteert van digitaal naar analog en dan weer terug naar het modem stuurt klopt volgen mij niet.

Volgens mij stat modem voor 'modulatie - demodulatie': Het onderdeel dat de omzetting doet van analog naar digitaal ( de modulatie ) en de omzetting doet van digitaal naar analoog ( de demodulatie ). Daarmee is de modem dus het onderdeel dat de omzetting doet tussen analoog en digitaal.
'modulatie - demodulatie' is dus geen 'ADC-DAC' (of DAC-ADC). Je kan analoog of digitaal moduleren/demoduleren.
Daarnaast heb ik altijd begrepen dat RF staat voor 'Radio Frequency'. Dat is in de regel het onderdeel dat in de analoge radio techniek het te transporteren signaal superponeert op de draaggolf. Of dat nu met amplitude-modulatie of frequentie-modulatie gebeurt (of op nog een andere creative manier) is een detail in de RF specificatie.
Kijk gewoon naar het plaatje/diagram in de Samsung press release; Veel van het RF-FE is nu kennelijk geintergreerd. Een basis-functionaliteit van een RFIC is nog steeds de mixer en de ADC/DAC. Andere fabrikanten doen dat wellicht anders, kijk b.v. naar Qualcomm. Zie ook: https://www.electronics-n...ixer/rf-mixing-basics.php

Er vindt in de baseband processor nog steeds modulatie en demodulatie plaats zoals uit het boekje maar is in implementaties lastiger terug te vinden tussen alle andere functionaliteit.

[Reactie gewijzigd door twingels op 24 juli 2024 16:35]

Toegegeven, modulatie en demodulatie is in de radio techniek een analoog verhaal. De M in AM en FM staat immers voor modulatie. Dat maakt een zend-radio ook een modulator en een ontvangst-radio een demodulator. En een zend/ontvanger een modulator/demodulator, een modem.
Toegegeven, modulatie en demodulatie is in de radio techniek een analoog verhaal. De M in AM en FM staat immers voor modulatie. Dat maakt een zend-radio ook een modulator en een ontvangst-radio een demodulator. En een zend/ontvanger een modulator/demodulator, een modem.
Deels ter herhaling en voorbeeld: Je kan 747kHz AM middengolf met gemak direct vanaf de antenne digitaliseren tegenwoordig. B.v. met een TI ADS1610 16-Bit, 10 MSPS ADC om maar wat te noemen. Demodulatie doe je dan digitaal, vroeger op een DSP, kan nu gewoon op een RaspberryPi. Heel vroeger dus analoog, nou ja, eigenlijk maar 1 diode als basis.
Ook FM is trouwens voor 7 euro digitaal te demoduleren, zoek maar eens op rtl-sdr. Zo luister ik nog wel eens naar FM, met een DVB-T afdankertje.
Kijk gewoon naar het plaatje/diagram in de Samsung press release; Veel van het RF-FE is nu kennelijk geintergreerd.
De plaatjes voor 2/3/4G en 5G zijn in principe gelijk en zeggen niks over de techniek. Overigens lijkt het erop dat het 5G circuit apart van het 4G circuit staat. Als dat waar is heb je dus 2 verschillende modems nodig in je mobieltje ..
Een aardig detail is dat er volgens het plaatje meerdere RF-FE circuits mogelijk zijn (geïntegreerd?) t.b.v. bundelvorming. (het zou mooi zijn als je de bundel kunt richten met variabele delay per antenne (een soort phased array)

N.B. Het artikel van de Samsung Newsroom is nogal hoogdravend en heeft te weinig diepgang om zekerheid te verschaffen over de werkelijke modem chips.

[Reactie gewijzigd door janbaarda op 24 juli 2024 16:35]

Volgens mij hebt u het plaatje niet helemaal begrepen:

-1 chip doet de 5G <6 gHz (typisch 2.6gHz). Dat is dezelfde frequentie als 4G. Als er geen 5G beschikbaar is valt deze chip terug op 4G. Als dat niet beschikbaar is op 3G. Als dat niet beschikbaar is op 2G. Dus daarom staat er 2G/3G/4G/5G bovenaan.

-1 chip doet 5G mmWave (25-100gHz); voor zeer hoge datarates op korte afstanden met heel veel gebruikers tegelijk; vaak gebouw-gebonden. Zoals concert-zalen. Die mmWave chip staat los van de andere chip; kennelijk. Dit signaal is zwakker en hoogfrequenter, en waarschijnlijk ook veel meer 'afgebogen', dat signaal kan dacht ik al 'afgebogen' zijn door een stukje papier. mmWave heeft ook minstens 3 verschillende rechthoekige 'array'-antenne-modules in de telefoon nodig (matrix van koperen plaatjes); die in verschillende richtingen staan; terwijl voor 4G (2.6gHz) en en dus ook voor 5G <6gHz een draadje genoeg is.
Ja, dus i.p.v twee modems twee chips ...

Overigens geeft het plaatje aan dat je voor de Ghz band een aparte modem nodig hebt, maar ik geef je gelijk dat dit mogelijk slechts voor de duidelijkheid zo getekend is.

Voor het richten (afbuigen) van de bundel worden meerdere (drie in het plaatje) antennes gesuggereerd. Dit kunnen niet slechts 3 koperen rechthoekjes zijn gezien de golflente van ca. 1.2cm. Om een bundel te kunnen richten moet je bovendien in staat zijn om een variabele vertraging tussen de antennes aan te brengen. (b.v. als de antennes een ¼λ [0.3cm voor 5G] apart en in lijn staan worden 2 bundels gecreëerd: 1 vooruit en 1 achteruit).

[Reactie gewijzigd door janbaarda op 24 juli 2024 16:35]

Ja, dus i.p.v twee modems twee chips ...

Overigens geeft het plaatje aan dat je voor de Ghz band een aparte modem nodig hebt, maar ik geef je gelijk dat dit mogelijk slechts voor de duidelijkheid zo getekend is.
Men heeft 2 'objecten' getekend om de verschillen weer te geven van wat nu de vooruitgang is. De nieuwe techniek kan ook voor sub-6HGz worden gebruikt kun je van uit gaan, maar kan zijn dat het momenteel nog goedkoper/gunstiger is om voor apparaten die geen mmWave kunnen, gewoon (nog) met los RF-FE te werken. Ook een wake-up call voor toeleveranciers in RF-FE domein.
Voor het richten (afbuigen) van de bundel worden meerdere (drie in het plaatje) antennes gesuggereerd. Dit kunnen niet slechts 3 koperen rechthoekjes zijn gezien de golflente van ca. 12cm. Om een bundel te kunnen richten moet je bovendien in staat zijn om een variabele vertraging tussen de antennes aan te brengen. (b.v. als de antennes een ¼λ [3cm voor 5G] apart en in lijn staan worden 2 bundels gecreëerd: 1 vooruit en 1 achteruit).
Voor beamforming heb je inderdaad iets van phase-array nodig (aantal 3 is symbolisch, let ook op de 3 stipjes onder RF-FE), is bij sub-6GHz in MobileStation niet echt aan de orde (wel voor eNodeB ('masten')), maar voor mmWave wel.

[Reactie gewijzigd door twingels op 24 juli 2024 16:35]

c/25 gHz kom ik op 11mm?
En het gaat tot 100gHz; dus 3mm. Vandaar mmWave.

Meerdere antennes worden gebruikt omdat handen en gezichten mmWave blokkeren; denk antenna-gate maar dan altijd bij alle telefoons. Als je 3 of 4 antennes hebt is er hopelijk altijd eentje die kan zenden en ontvangen.
Volkomen gelijk, komma verkeerd 😒 . Intussen hersteld.
Prachtige techniek. Jammer dat niet aangegeven is hoe de fase shift uitgevoerd wordt.
Waarom staat er in de eerste twee alinea’s twee keer hetzelfde?

De rf-chip converteert het digitale signaal van een modumchip naar een analoog radiosignaal dat vervolgens naar de modemchip gestuurd wordt.
En wat betekent dit? Verwarrend....

[Reactie gewijzigd door Tantrum op 24 juli 2024 16:35]

Het is ook wel heel moeilijk omschreven inderdaad. Volgens mij doet een RF chip niets anders dan het digitale signaal van de modem via een DAC omzetten naar een analoog signaal richting de antenne en andersom (het analoog signaal wat de antenne van de mast binnenkrijgt weer omzetten naar een digitaal signaal via een ADC richting het modem). Maar zelf betwijfel ik of dat deze chip wel is die dat doet, gezien het blauwe deel in het plaatje van het artikel van samsung. Het zou zelfs kunnen zijn dat deze chip eigenlijk alleen de zender/receiver is van het analoge signaal. https://img.global.news.s.../8nm_RF_Chipset_main1.jpg
(dat plaatje zou overigens ontzettend helpen in dit hele verhaal)

Uitgaande van mijn verhaal zou in het Tweakers artikel 'modumchip' dus 'modem' moeten zijn en 'modemchip' de antenne van de telefoon of de zendmast van de provider. Die daar weer het zelfde doet.

[Reactie gewijzigd door SunnieNL op 24 juli 2024 16:35]

Uit de bron: "This cutting-edge foundry technology is expected to provide a ‘one chip solution,’ specifically for 5G communications..."
Het gaat dus om het maken van een singlechip 5G modem. Inclusief low noise ontvanger, power amplifier, mixers, ADCs en DACs op een enkele chip.
Tot nu toe zijn power amplifiers vaak los. Skyworks maakt die bijvoorbeeld, maar ook een bedrijf dat door Broadcom is opgeslokt,.
Ik denk dat ze bedoelen dat deze chip tussen modem en antenne zit, zet digitale signalen om naar analoog richting antenne, en analoge ontvangst signalen worden omgezet naar digitale welke naar de modem worden verzonden
Het meest innovatieve tech bedrijf. Samsung maakt het en de ander gebruikt het op een betere manier.
Zo'n statement past beter bij LG naar mijn mening.
@beerse De bron is niet zo duidelijk, maar de afbeelding daarin lijkt te suggereren dat er tussen het modem en de antenne nog een RF IC zit die analoge signalen van de antenne omzet in digitale signalen en die digitale signalen van het modem omzet in analoge signalen naar de antenne. Niet duidelijk is waar nu de RFeFET transistors toegepast worden, maar ik neem aan dat dit in deze RF IC zal zijn. Verder wordt er een verschil gemaakt tussen 2G/3G/4G/5G en 5GmmWave architecturen, waarbij de laatste architectuur een RF front end heeft die in de RF IC is ingebakken. Wellicht is dit het specifieke deel waar Samsung nu een innovatie kan toepassen met hun RFeFET.
Toegegeven, ik had de link naar de bron niet gevolgd. Nu ik ff gekeken heb zie ik daar een plaatje (https://img.global.news.s.../8nm_RF_Chipset_main1.jpg). Voor beide situaties: links staat inderdaad 'modem'. Maar het blokje meteen rechts daarvan met de titel RFIC (Radio Frequency Integrated Cirquit). De eerste 2 blokjes daar, DAC en ADC zijn voor mij de blokjes die samen de modem maken. De rest daar achteraan is voor mij schematisch de radio (zend boven en ontvangst onder) en signaal versterkers. Het blokje RF-FE is volgens mij de aansluiting richting de antene (of bij mmWave meerdere antenes).

Krachtig van Samsung dat ze daar in de analoge techniek alles zo klein weten te maken. Zeker als je bedenkt dat een FET niet zomaar een transistor is. De transistoren in een digitale chip hoeven 'maar' 2 standen te bedienen. De transistoren in een analoge chip moeten stabiel en consistent zijn over een heel bereik.

Een FET is een Field Effect Transistor (https://nl.wikipedia.org/wiki/Veldeffecttransistor).
Aangaande de DAC/ADC blokjes die de modem zouden vormen: dat was ook mijn beeld. Het staat Samsung natuurlijk vrij om een eigen definitie te bedenken, of om een intermediate signaal te bedenken waardoor ze twee modems in serie moeten zetten. In kleine lettertjes staat in de afbeelding dat ze met Modem een processor aanduiden; vermoedelijk doen ze nog DSP of iets dergelijks, waarvoor een processor nodig is. Of ze bedoelen de algemene CPU, wie weet.

Verschillen tussen transistors zijn me bekend (BSc EE) en van analoog wordt ik altijd een beetje nerveus omdat de implementatie vaak veel effect heeft op de prestaties. De manier waarop het artikel van Samsung is geschreven, doet me vermoeden dat de nieuwe transistors specifiek voor mmWave bedoeld waren. Ik vraag me dus af of het feit dat die antenna front end in het tweede diagram geïntegreerd is, een gevolg is van de nieuwe transistor of dat het een toevalligheid is.

EDIT: PA is waarschijnlijk Power Amplifier, LNA is Low Noise Amplifier, met een schakelaar om te switchen tussen zenden en ontvangen.

[Reactie gewijzigd door GeneralX op 24 juli 2024 16:35]

Volgens mij is dit de clou van het verhaal:

Tot dusver werd de eind versterker op een grotere proces node gebouwd omdat die transistors met hogere spanning overweg moesten kunnen om een bepaald vermogen op de antenne te krijgen.
Iets als fysisch grotere transistor = dikker gate oxide = hogere limiet voor spanningsdooslag bij een gegeven materiaalconstante (max elektrische veldsterkte/ µm oxide)
Waar het modem/mixer/preamp gedeelte gewoon op logic level niveau gedaan word en bij een zo klein mogelijk proces ten voordele van lager verbruik en lagere kost door kleiner die oppervlak.

Nu kunnen ze een nieuw type transistor die met de nodige uitgang-spanning/stroom overweg kan op een nog eens kleinere proces node bouwen wat een dubbele win is.

Vermoedelijk speelt ook een rol dat 5G vs eerdere generatie zendfrequentie/vermogen en antenne impedantie dit deels helpen mogelijk maken vandaar het "specifiek voor 5G" getunede proces.
Nee, de modem is digitaal en heeft dus niets met DAC /ADC te maken.

Samsung maakt al langer baseband modems. Die pakt een draaggolf en rekent uit hoe de modulatie golf erbovenop moet. Dus de modem is niet veel meer dan een digitale chip die golf-berekeningen maakt en converteert niets.

RF-IC en RF-FE's maakt Samsung vziw nog niet. Dat komt bijna altijd van Murata (marktleider), Qualcomm, Qorvvo, Broadcom of Skyworks. RF-IC krijgt het signaal dat al digitaal gemoduleerd is door de modem digitaal binnen. En zet dat dan om in analoog. Maar dat signaal is dus al kant en klaar, dus het converteren door de RF IC heeft hier niets met moduleren te maken. Het is een 1 op 1 omzetting.

Laatste 4 genoemde bedrijven zijn Amerikaans dus geen optie voor bijv. Huawei.

De RF- FE is een analoge module met filters en versterkers, de LNA (low noise amplifiers) schijnt hetgeen te zijn dat de Chinezen nog niet zelf kunnen maken. Dus behalve bij Murata kunnen ze nu ook bij Samsung terecht lijkt me.
"8nm-rf is vooral geschikt voor klanten die lange batterijduur willen en tegelijkertijd uitstekende signaalsterkte in compacte mobiele apparaten."
Nee sorry, wij willen graag korte batterij duur, slechte signaalsterkte in grote mobiele apparaten.
Rechts boven bij de foto van de auteur zit een <feedback> knop. Daar zou je dit soort meldingen kunnen doen.

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.