5G除了将带来工艺问题，还存在着测试挑战
在我们真的看到5g网络和手机以前，半导体晶圆厂必须先改变其制造晶圆的方式，测试工程师需要搞清楚如何进行测试，还有，手机设计人员也得知道如何随着人们的移动而追踪控制波束。除此之外，无线产品还必须能以接近当前可负担的价格销售。这些都是日前在2018年国际微波会议(2018 international microwave symposium；ims)中一场5g高峰会(5g summit)的与会者提出的看法。
尽管目前已经有一些5g芯片陆续出现了，但究竟要采用什么工艺技术来生产功率放大器(pa)和相控数组天线，至今仍不明朗。针对pa，参与“智能型手机的毫米波无线：在未来2、5、10年…”(mmwave radios in smartphones: what they will look like in 2, 5, 10 years)专题讨论的成员们讨论了所谓的“iv族”工艺———如硅晶cmos和锗，以及“iii-v族”工艺——包括磷化铟(inp)、砷化镓(gaas)等。iv族是指周期表(periodic table)中第14行的元素，而iii-v族则是第13和15行的元素。
harish krishnaswamy在ims 5g summit上回答与会观众的提问
美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology；nist)电子工程师的dylan williams、国家仪器(ni)研发工程师amarpal khanna是这场专题讨论的主持人。williams指出，磷化铟在高频(此处指mmwave频段)方面的性能超越cmos pa，而cmos则在6ghz以下胜出。但是，美国哥伦比亚大学(columbia university)电子工程副教授harish krishnaswamy则表示，相较于cmos工艺，采用iii-v族工艺打造的电路更加高效。此外，lockheed martin首席技术官deveraux palmer补充说，“当今的iii-v族工艺也无法在高速下进行切换，”导致其用途受限。
不过，williams问道：“效率那么重要吗？”症结就在于手机的续航力必须能在每次充饱后至少撑1天半，让使用者就算晚上睡觉前忘记为手机充电，第二天手机仍能正常使用或到了早上才充电。
ims 5g summit与谈人(由左至右)：northrop grumman先进计划项目经理tim larocca、maja systems首席技术官joy laskar、anokiwave营销副总裁gary st. onge、哥伦比亚大学电子工程副教授harish krishnaswamy、lockheed martin首席技术官dev palmer、straighpath communications技术副总裁farshid aryanfar、加州大学圣地亚哥分校(uscd)客座教授walid ali-ahmad，以及专题讨论主持人——国家仪器(ni)研发工程师amarpal khanna与nist电子工程师dylan williams。
“6ghz以上频率需要一些技术突破。”macom副总裁兼首席架构师anthony fischetti在稍后的简报中表示：“iii-v工艺与cmos不同，gaas在6ghz以下频率的功率太大了。”fischetti解释了他的公司macom如何因应这些不同工艺的作法。例如，macom目前正与意法半导体(stmicroelectronics；st)合作，使用硅基氮化镓(gan)工艺制造射频(rf)组件。虽然目前这一工艺可行，但所需要的生产数量仍不符实际。所需要的设备不是无法取得就是极其昂贵。他指出，以macom目前晶圆厂日以继夜运转来看，每周可制造大约5万片cmos晶圆。而如果以当今所能取得的设备制造gan (iii-v)晶圆，该公司大概要花一个月的时间才能生产出相同的量。“采用iii-v工艺的晶圆厂必须改变，才能尽快达到今日cmos工艺的规模。”
fischetti还指出，iii-v工艺要在经济上可行，就不能有重制晶圆(reworked wafer)。质量必须成为工艺的一部份。此外，还必须使用光学微影技术拍摄各层影像至晶圆上。电子束(e-beam)微影技术的速度太慢了。iii-v工艺的另一个问题是在无层室中不能出现任何金元素，员工也不能配戴金表和含金的珠宝等。
5g除了将带来工艺问题，还存在着测试挑战。在这场专题讨论上，maja systems首席技术官loy laskar表示，大约有80-90%的材料清单(bom)成本可能都来自ic组装和测试。
charles schroeder
尽管为军事应用打造的测试ic和系统采用特殊工艺、mmwave频谱和相控数组天线，但其数量并不多，但这种测试在针对具有庞大数量需求的消费装置则相当具有挑战性。ni rf营销副总裁charles schroeder、是德科技(keysight technologies)全球5g项目经理roger nichols强调了几项5g测试挑战，其中最明显的要算是必须采用空中传输(ota)进行测试。透过ota能够探测到具有高整合组件(pa与相控数组天线)的mmwave系统。但ota测试确实会对生产测试时间造成影响，而且，测试设备必须有能力处理这些工作负载。
schroeder指出，处理mmwave频率带来的更大带宽信号，需要庞大的运算能力，以及大量的时间。目前，测试工程师并不知道他们是否需要pc级的处理器、fpga或gpu来处理信号。这需要对于目前处理无线信号的方式进行一些反思。
其他问题则来自于高带宽。因为带宽相当宽——可能是100mhz，传输路径的阻抗可能会有所不同。测试系统必须知道这一点并相应地进行补偿。
roger nichols
nichols进一步讨论测试问题，并指出近场和远场测量的问题。“远场的ota测试可能被认为比近场更困难。然而，二者其实存在着折衷。在远场，电磁场的表现更好。例如，此时更接近于典型定义的垂直e场、h场和波印廷(poynting)向量。造成远场测试更困难的是信号损耗以及电波暗室的大小。而在近场，其挑战在于取得准确侦测天线行为以及信号相位与振幅之间的关系。再者，mmwave的波长短，由于近场变换至远场(nf/ff)与波长的倒数成正比，因此，波长越小，nf/ff转换之间的距离越长。”
nichols指出：“人们所做的事情是很随机的，例如移动手机。”这种随机的移动并不是什么问题，因为天线的设计是全向性的。但是，为了降低5g的功耗，相控数组天线的波束控制将成为常态。这将迫使测试必须在不同的方向进行，测试系统必须验证手机，因为手机会不断地追踪其方向并相应地调整波束。最重要的是，必须降低测试的不确定性。nichols说：“在你能取得验证数字以前，你无法确定其运作效能如何。”
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harish krishnaswamy在ims 5g summit上回答与会观众的提问
美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology；nist)电子工程师的dylan williams、国家仪器(ni)研发工程师amarpal khanna是这场专题讨论的主持人。williams指出，磷化铟在高频(此处指mmwave频段)方面的性能超越cmos pa，而cmos则在6ghz以下胜出。但是，美国哥伦比亚大学(columbia university)电子工程副教授harish krishnaswamy则表示，相较于cmos工艺，采用iii-v族工艺打造的电路更加高效。此外，lockheed martin首席技术官deveraux palmer补充说，“当今的iii-v族工艺也无法在高速下进行切换，”导致其用途受限。
不过，williams问道：“效率那么重要吗？”症结就在于手机的续航力必须能在每次充饱后至少撑1天半，让使用者就算晚上睡觉前忘记为手机充电，第二天手机仍能正常使用或到了早上才充电。
ims 5g summit与谈人(由左至右)：northrop grumman先进计划项目经理tim larocca、maja systems首席技术官joy laskar、anokiwave营销副总裁gary st. onge、哥伦比亚大学电子工程副教授harish krishnaswamy、lockheed martin首席技术官dev palmer、straighpath communications技术副总裁farshid aryanfar、加州大学圣地亚哥分校(uscd)客座教授walid ali-ahmad，以及专题讨论主持人——国家仪器(ni)研发工程师amarpal khanna与nist电子工程师dylan williams。
“6ghz以上频率需要一些技术突破。”macom副总裁兼首席架构师anthony fischetti在稍后的简报中表示：“iii-v工艺与cmos不同，gaas在6ghz以下频率的功率太大了。”fischetti解释了他的公司macom如何因应这些不同工艺的作法。例如，macom目前正与意法半导体(stmicroelectronics；st)合作，使用硅基氮化镓(gan)工艺制造射频(rf)组件。虽然目前这一工艺可行，但所需要的生产数量仍不符实际。所需要的设备不是无法取得就是极其昂贵。他指出，以macom目前晶圆厂日以继夜运转来看，每周可制造大约5万片cmos晶圆。而如果以当今所能取得的设备制造gan (iii-v)晶圆，该公司大概要花一个月的时间才能生产出相同的量。“采用iii-v工艺的晶圆厂必须改变，才能尽快达到今日cmos工艺的规模。”
fischetti还指出，iii-v工艺要在经济上可行，就不能有重制晶圆(reworked wafer)。质量必须成为工艺的一部份。此外，还必须使用光学微影技术拍摄各层影像至晶圆上。电子束(e-beam)微影技术的速度太慢了。iii-v工艺的另一个问题是在无层室中不能出现任何金元素，员工也不能配戴金表和含金的珠宝等。
5g除了将带来工艺问题，还存在着测试挑战。在这场专题讨论上，maja systems首席技术官loy laskar表示，大约有80-90%的材料清单(bom)成本可能都来自ic组装和测试。
charles schroeder
尽管为军事应用打造的测试ic和系统采用特殊工艺、mmwave频谱和相控数组天线，但其数量并不多，但这种测试在针对具有庞大数量需求的消费装置则相当具有挑战性。ni rf营销副总裁charles schroeder、是德科技(keysight technologies)全球5g项目经理roger nichols强调了几项5g测试挑战，其中最明显的要算是必须采用空中传输(ota)进行测试。透过ota能够探测到具有高整合组件(pa与相控数组天线)的mmwave系统。但ota测试确实会对生产测试时间造成影响，而且，测试设备必须有能力处理这些工作负载。
schroeder指出，处理mmwave频率带来的更大带宽信号，需要庞大的运算能力，以及大量的时间。目前，测试工程师并不知道他们是否需要pc级的处理器、fpga或gpu来处理信号。这需要对于目前处理无线信号的方式进行一些反思。
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nichols指出：“人们所做的事情是很随机的，例如移动手机。”这种随机的移动并不是什么问题，因为天线的设计是全向性的。但是，为了降低5g的功耗，相控数组天线的波束控制将成为常态。这将迫使测试必须在不同的方向进行，测试系统必须验证手机，因为手机会不断地追踪其方向并相应地调整波束。最重要的是，必须降低测试的不确定性。nichols说：“在你能取得验证数字以前，你无法确定其运作效能如何。”
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