صنع العلماء شريحة تمهد الطريق لشبكات الجيل السادس 6G
بقلم: كيومارس عفيفي- ثابت
يمكن لتصميم الشرائح الأولى من نوعها التي تستخدم مكونات إلكترونية وضوئية أن يمهد الطريق لتكنولوجيا شبكات الجيل السادس 6G technology. تقدم الأبحاث الحديثة مخططاً لشرائح الاتصالات اللازمة للرادار المتطور وأنظمة الأقمار الاصطناعية والشبكات اللاسلكية المتقدمة وحتى الأجيال القادمة من تكنولوجيا الأجهزة النقالة لشبكات الجيل السادس والسابع. عن طريق دمج المكونات الضوئية، أو الفوتونية Photonic، في لوحة الدوائر الإلكترونية التقليدية، تمكن الباحثون من زيادة عرض النطاق الترددي Bandwidth للترددات الراديوية بشكل كبير مع تحسّن دقة الإشارات عند الترددات العالية. صنع الباحثون نموذجاً أولياً Prototype عملياً لشريحة أشباه الموصلات الشبكية Networking semiconductor chip، بقياس 5×5 ملم، باستخدام شريحة من السيليكون وتثبيت المكونات الإلكترونية والفوتونية عليها، على شكل ”شرائح دقيقة“ Chiplets، مثل مكعبات الليغو. والأهم من ذلك أنهم تمكنوا أيضاً من تحسين كيفية ترشيح الشرائح للمعلومات.
تُرسل المرسلات المستقبلات Transceivers اللاسلكية البيانات، كما تناط مرشحات الموجات الميكروية Microwave المدمجة في الشرائح التقليدية بمهمة حجب الإشارات في النطاق الترددي الخاطئ. تؤدي المرشحات الفوتونية بالموجات الميكروية الدور نفسه بالنسبة للإشارات الضوئية. لكن كان من الصعوبة بمكان الجمع بين المكونات الفوتونية والإلكترونية والمرشحات الضوئية الفعالة بالموجات الميكروية على شريحة واحدة. لكن من خلال الضبط الدقيق لترددات محددة في النطاقات الأعلى، والتي تميل إلى الازدحام، يمكن أن تتدفق المزيد من المعلومات عبر الشريحة بدقة أكبر. يتسم هذا بأهميته للتقنيات اللاسلكية المستقبلية، التي ستعتمد على الترددات الأعلى. لهذه الترددات أطوال موجية أقصر، ومن ثمَّ يمكنها حمل المزيد من الطاقة، وهو ما يعني عرض نطاق ترددي أعلى للبيانات. قال بن إيغلتون Ben Eggleton من جامعة سيدني: ”تؤدي المرشحات الفوتونية بالموجات الميكروية دوراً حاسماً في تطبيقات الاتصالات والرادار الحديثة، حيث توفر المرونة لترشيح الترددات المختلفة بدقة، وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي وتحسين جودة الإشارة“.
ترسل الأجهزة التي تستفيد من شبكات الجيل الخامس، مثل الهواتف الذكية، وتستقبل البيانات عبر نطاقات مختلفة من الترددات الراديوية، تتراوح من النطاق المنخفض Low band (أقل من 1 غيغا هرتز) إلى النطاق العالي High band (24)إلى 53 غيغا هرتز في الولايات المتحدة. وتسمح الترددات الأعلى بسرعات أعلى بسبب سعة الطاقة Energy capacity الأكبر للأطوال الموجية الأقصر، لكن هناك فرصة أكبر للتداخل والعرقلة. يرجع ذلك إلى أن الأطوال الموجية الأقصر تجد صعوبة في اختراق الأسطح والأشياء الأكبر حجماً، مما يقلل أيضاً من نطاق الإشارة. وفي الوقت نفسه، يبلغ متوسط سرعات بيانات الجيل الخامس 138 ميغابت في الثانية في الولايات المتحدة، وتشغّل شركات الاتصالات الشبكات على نطاقات تتراوح من 2.0 إلى 4.0 غيغا هرتز. وستعمل شبكة الجيل السادس، والتي يتوقع أن تسود بحلول ثلاثينات القرن الحالي، على تردد أعلى يبدأ من 7.0 إلى 15.0 غيغا هرتز. ولكن يجب أن تزيد أعلى نطاقات شبكة الجيل السادس للتطبيقات الصناعية عن 100 غيغا هرتز وقد تصل إلى 1,000 غيغا هرتز، ويمكن أن تصل السرعات إلى حد أقصى نظري يبلغ 1,000 غيغابت في الثانية. ويعني هذا وجود حاجة إلى بناء شرائح ذات نطاق ترددي راديوي أعلى بكثير وقدرة متقدمة على الترشيح لإزالة التداخل عند هذه الترددات الأعلى. فهذا هو المكان المناسب لأحدث التطورات في هندسة الشرائح، حيث تؤدي الضوئيات Photonics دوراً رئيسياً في شرائح أشباه الموصلات الشبكية التي ستستخدم لتشغيل الأجهزة العاملة على شبكة الجيل السادس.
