非常に具体的な例は、ソフトウェア ラジオ (Software Radio) のアプリケーションです。現在、ワイヤレス通信の分野には、次の主な矛盾が存在します。第一に、新しい通信システムと規格が絶えず提案され、通信製品のライフサイクルが短縮され、開発コストが上昇しています。相互接続の要件はますます強くなっています。第 3 に、周波数帯域がより混み合っており、より高い周波数帯域の使用率と干渉防止機能が必要になります。ソフトウェア無線は、ワイヤレスおよびパーソナル通信機能を可能な限りソフトウェアで実現し、アプリケーション固有の集積回路をプログラム可能な汎用 DSP チップおよびプログラム可能な論理デバイスに置き換えることで、システム内の特別なハードウェアの内容が削減され、柔軟性が向上します。システム設計の互換性が向上します。柔軟性とアップグレード性。たとえば、都市建設の急速な発展は、ワイヤレス ネットワークの特性の低下につながります。従来のネットワーク最適化手法はネットワークのパフォーマンスを向上させることができますが、多くの人手と資金を費やしても満足のいく結果を得ることは困難です。ソフトウェア無線技術を使用して、ワイヤレスネットワークのパフォーマンスをいつでも監視でき、ネットワークをタイムリーにアップグレードして、ネットワークの最適なパフォーマンスを確保できます。明らかに、ソフトウェア無線技術には、強力なデジタル信号処理機能を備えたハードウェア DSP チップ プラットフォームのサポートが必要です。DSP チップ上で異なるソフトウェアを実行することにより、さまざまな通信システムをサポートし、システムの互換性とアップグレード性を向上させます。並列浮動小数点計算機能を備えた DSP チップが固定小数点 DSP チップに取って代わり、通信分野での高精度、広いダイナミック レンジ、大きな計算負荷、およびますます複雑化するデータ処理の要件を満たすことが予見できます。
また、IEEE802.11、SWAP、IrDA、「Bluetooth」などの無線通信プロトコルや、携帯電話、ノートパソコン、携帯情報端末、携帯ゲーム機、デジタルなど、さまざまな機器に無線通信を提供する技術があります。カメラ。インターフェイスを接続する方法。
ワイヤレス アクセス テクノロジのもう 1 つの注目すべきクラスは、WLAN です。この技術は、携帯電話、PDA、およびノート PC を接続し、優れたカバレッジを持つ既存の GSM ネットワークまたは CDMA ネットワークを使用してそれらをインターネットに接続し、いつでもどこでも電子メールや Web ブラウジングなどの狭帯域データ サービスをユーザーに提供します。多数のデジタル家電 (MP3、ネットワーク オーディオ オンデマンド デバイスなど) も、この方法で情報をダウンロードしたり、リモート コントロールを実現したりできます。このような製品の主な問題は、依然としてチップの性能とコストにあります。低コストの集積回路チップを解決できない場合、製品の大規模なプロモーションは非常に困難になります。
集積回路は、デジタル プログラム制御スイッチ、光同期デジタル ネットワーク (SDH) 伝送機器、ルーター、会議テレビ、安全な通信などの有線通信機器で最も早く、最も広く使用されています。初期の通信特定用途向け集積回路のほとんどは、システムの要件に従ってカスタマイズされました。何年にもわたる開発の後、今日の通信 ASIC チップは通信機器の開発をリードし始めています。
フレーム同期、誤り訂正、フレーミング、伝送情報処理などの通信機器の高速インタフェースは、集積回路チップに統合されています。たとえば、SDH 機器の E1 情報処理は、E1 の 2 チャネルをサポートする初期のチップから、E1 の 21 チャネルをサポートする現在のチップに発展しました。Datang Telecom が自社開発した SDH チップセットは、完全な STM-1 システムを形成するのに 5 つの VLSI しか必要とせず、E1 の 63 チャネルの多重化/非同期化、POH オーバーヘッド処理、相互接続、SOH オーバーヘッド処理などを完了できます。 STM-1 アップリンクとダウンリンクの 2 セットを同時に提供します。数十枚の PCB ボードが必要だった複雑なラックが 1 つのディスクに簡素化され、システムの信頼性が大幅に向上し、コストが削減されます。
データ通信の分野では、初期の機器は、ATM セルの分割と結合に使用される SAR 回路や、IP プロトコル パケット処理専用のネットワーク プロセッサなど、特定用途向け集積回路の開発モードをより多く使用していました。今日、それが非同期転送モード (ATM) またはイーサネット ベースのデバイスであるかどうかにかかわらず、ますます多くの高速 CPU と専用インターフェイス チップがそれらを形成するために使用されています。32 ビット RISC は、プロトコル処理、信号変換、およびさまざまなペイロード情報の処理に使用されるだけでなく、インターフェイス情報の処理にもますます使用される高性能 CPU の主流であり、チップ プラットフォームの役割がますます出現しています。実際、今日の通信機器開発では、システム開発における最も重要かつ重要なコンテンツとして、ソフトウェアがハードウェアに取って代わりました。ソフトウェアのワークロードは、わずかなものから今日では 70% 以上にまで増加しています。柔軟で高性能、再構成可能な SoC プラットフォームは、通信分野で待望され、注目されているテーマです。
集積回路の進歩は、インターネットの帯域幅の「ボトルネック」を解決する上で非常に重要な貢献をしてきました。現在、ルーターは、従来のバス (バックプレーン) ベースのスイッチング、ソフトウェア パッケージ転送、および集中処理アーキテクチャから、スイッチング ファブリック ベースのハードウェア パケット転送および分散処理アーキテクチャへと進化しています。過去のコア ルーターはネットワークのエッジに移行し始めており、コア ルーターは高速化とスループットの向上に向けて発展しています。この変化に伴い、集積回路のデータ ネットワークへの貢献は、ネットワークのエッジとアクセスに徐々に移行します。バックボーン伝送ネットワークの速度向上は、光技術、特に光集積回路の導入に大きく依存しています。
通信端末における集積回路の役割は明らかです。多機能、小型軽量、シンプルな操作性、スタイリッシュな外観は、移動通信端末に対する人々の永遠の追求です。シンプルで鮮やかなマンマシン インターフェイス、豊富なカラー画面表示、豊富なオーディオ ソース、さまざまな情報の同時取得、超低消費電力は、モバイル インターネット携帯電話の成功と競争力の基盤です。多世代共存に対応するために、携帯通信端末や基地局は「マルチモード」「マルチバンド」、いわゆる「マルチモード」「マルチ周波数」に対応する必要があります。明らかに、これにより携帯電話チップの設計がますます複雑になります。GSM、CDMA、および 3G ネットワークで使用できるマルチモード携帯電話のベースバンド チップは、GSM、CDMA、および 3G を含むさまざまなシグナリングとプロトコルを処理できなければなりません。GSM、CDMA、3Gはそれぞれ異なる周波数リソースを使用するため、マルチモード携帯電話も異なる周波数帯域に対応するために2つまたは3つのRF回路が必要です。赤外線 (Ir) や USB などの音声およびデータ インターフェイスも必要な選択肢になっています。現在、GSM と CDMA の両方のシステムに対応するモバイル通信用の商用デュアルモード端末の第 2 世代はまだ登場していません。主な理由の 1 つは、このようなマルチモード携帯電話に使用されるチップがまだ成熟していないことです。技術的な困難に加えて、指数関数的に増加する情報処理の複雑さによる回路チップの高コストも理由です。
無線周波数回路とベースバンド信号処理回路の価格は、移動体通信端末の価格の約50～60%を占めています。これは、2 GHz 帯域を超える無線周波数回路が一般にガリウム砒素 (GaAs) 技術を使用して実装されているためです。GaAs デバイスは高密度に集積することが困難であり、大幅なコスト削減の余地は限られています。低コストと小型化を実現するために、CMOS テクノロジを使用して RF 回路を製造することを望んでいますが、RF とベースバンド信号プロセッサを統合してシングルチップ ソリューションを実現することができます。RF 回路を CMOS テクノロジで実装することは、機器メーカーにとって非常に魅力的です。過去 2 年間、主要な国際的な半導体メーカーは、この分野で熾烈な競争を繰り広げてきました。
CMOS技術を用いてRF回路を作る方法は数多くありますが、その中でもシリコンゲルマニウム（SiGe）技術が大きな注目を集めています。SiGe 技術は、CMOS 技術をベースにいくつかのプロセスを追加した製造技術です。つまり、シリコン材料上に SiGe 層を形成して、トランジスタのカットオフ周波数を高めます。大規模な投資を必要とせずに、互換性のあるCMOSプロセスに基づいて、高カットオフ周波数と低消費電力のトランジスタを実現できます。IBMに代表されるように、世界中の多くの半導体企業がSiGe技術を使用した製品を相次いで発売しています。IBM の量産 SiGe デバイスのカットオフ周波数は 47 GHz に達しており、間もなく 100 GHz に達すると予想されています。
OLEDなどのプラスチックチップも、通信端末に新たな革命をもたらします。高度な OLED プラスチック カラー ディスプレイは、携帯電話、PDA、およびノートブック コンピュータの従来の LCD ディスプレイに取って代わり、マルチメディア端末の標準ディスプレイになることは間違いありません。
集積回路の機能サイズの縮小と集積レベルの向上、特にインターネットの出現とさまざまな新しいサービスの帯域幅要件により、多くの新しい困難な問題が発生しています。テレビが送信するときに発生する帯域幅の問題は、電気の方法では決して解決できません。別の例として、電気信号処理に基づく SDH システムは、光ファイバー帯域幅の 1% しか使用しませんが、全光ネットワークの概念を使用する光アドドロップ多重化 (OADM) 機器および光クロスコネクト (OXC) 機器は、容量を最大限に。その結果、科学者は光技術の研究に集中し始め、電子を光子に置き換えて情報の保存、処理、伝達を実現することを望んでいました。
光は電気に比べて多くの利点があります。たとえば、光ファイバーやその他の誘電体材料での光の伝送速度と帯域幅は、金属での電子の伝送速度と帯域幅よりもはるかに大きく、光ファイバーでの光の伝送損失は、金属での電気の伝送損失よりもはるかに小さくなります。しかし、光子の制御はなかなか難しいものです。このため、光デバイスの研究と応用は停滞し、大きな進歩を遂げることは困難です。1987年にフォトニック結晶の概念が提唱され、これまでの全反射を利用して光を伝送する仕組みとは全く異なる、光子を制御する新しい仕組みを人々に示し、光通信の発展と応用に新たな活力をもたらしました。テクノロジー。明るい未来を示すバイタリティ。
光子が通信の分野で広く使用されると予想される場合、マイクロ電子チップを実現するような方法とアプローチを見つけて、統合されたマイクロフォトニックチップを製造する必要があることを理解するのは難しくありません。理想的な解決策は、小さなプラットフォーム上でミラー、スイッチ、および導波路として同時に機能できるものを使用することです.
光集積回路の応用分野は多面的です。光ファイバー通信、光ファイバーセンサー、光情報処理、光コンピューターに加えて、導波光学の原理、薄膜光導波路デバイスおよび回路は、材料科学研究、光学機器、分光法などの他の分野でも使用されています。研究の浸透。