聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的“GaN 行動(dòng)”態(tài)度

本文最早刊登于《網(wǎng)絡(luò)世界》，作者是 IDG 撰稿人 Brent Dietz。

CE2018 國(guó)際消費(fèi)電子展并未讓人失望，會(huì)上展示了一些基于網(wǎng)絡(luò)的家居、汽車和浴室用小配件。但是，其中的許多技術(shù)需要更多數(shù)據(jù)，從而給無線網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大壓力。

試想一下，如果美國(guó) 1.25 億個(gè)家庭突然都使用智能坐便器會(huì)怎樣？

當(dāng)?shù)蛶捲O(shè)備和高帶寬設(shè)備的數(shù)量成倍增加時(shí)，有線電視網(wǎng)絡(luò)和蜂窩基站就會(huì)面臨壓力。那么，網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商應(yīng)該做些什么呢？

答案有點(diǎn)讓人意外，就是借鑒國(guó)防工業(yè)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商在商用電子產(chǎn)品領(lǐng)域艱難度日時(shí)，它們就會(huì)試圖采用國(guó)防雷達(dá)和通信系統(tǒng)的高增益、大功率 RF 解決方案，包括許多采用氮化鎵的解決方案。

是的，采用 GaN 技術(shù)

氮化鎵，更常稱為 "GaN"，并不是最新的加密貨幣技術(shù),可能是在高中化學(xué)課中學(xué)過的知識(shí)。GaN 是一種化合物半導(dǎo)體，根據(jù)應(yīng)用的不同存在許多不同形式。其中包括：

硅基氮化鎵（GaN-on-silicon 或 GaN-on-Si）

碳化硅基氮化鎵 (SiC) 或 GaN-on-SiC

Ga鍺基氮化鎵或 GaN-on-Ge

金剛石氮化鎵

A以及我個(gè)人最偏愛的六方氮化硼氮化鎵或 GaN-on-h-BN

無論何種形式，GaN 都意味著功率。GaN 在溫度較高的條件下能夠可靠運(yùn)行，且使用壽命更長(zhǎng)，因此非常適用于苛刻環(huán)境下的航空航天和國(guó)防應(yīng)用。例如，自二十世紀(jì)九十年代以來，GaN 就一直用于空間應(yīng)用、通信系統(tǒng)和有源電子掃描陣列 (AESA) 雷達(dá)領(lǐng)域。

您的詞庫中又要添一個(gè)新詞了。

直到最近，GaN 的成本一直都很高。用于高可靠性軍事應(yīng)用的 GaN 器件一般采用陶瓷或金屬封裝；

如今，塑料封裝降低了 GaN 的成本，使其對(duì)商業(yè)市場(chǎng)更具吸引力。塑料可降低產(chǎn)品重量，實(shí)現(xiàn)靈活設(shè)計(jì)，這兩點(diǎn)對(duì)于商業(yè)應(yīng)用來說至關(guān)重要。無線基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商還可在塑料封裝中使用 GaN 來升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)，從而節(jié)省升級(jí)時(shí)間和成本，同時(shí)無需創(chuàng)建全新的設(shè)備。

GaN 用于聯(lián)網(wǎng)

GaN 可在較高帶寬條件下提高 RF 性能和系統(tǒng)效率，從而滿足當(dāng)今高速網(wǎng)絡(luò)的需求。事實(shí)上，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，GaN 放大器可實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率，同時(shí)將功耗降低 20%。

除了省電之外，GaN 還通過大幅減少材料浪費(fèi)和生產(chǎn)砷化鎵 (GaAs) 或硅制線路放大器所需的能源來支持其他環(huán)保舉措。由于其可靠的熱性能，GaN 還非常適用于長(zhǎng)期可靠性至關(guān)重要的下一代網(wǎng)絡(luò)。

這一切意味著網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商可降低運(yùn)營(yíng)成本，并向消費(fèi)者提供更可靠、性價(jià)比更高的無線服務(wù)。

盡管在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域仍處于起步階段，但 GaN 已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的影響。GaN 使有線電視領(lǐng)域推出了DOCSIS3.1，即一種有線電視標(biāo)準(zhǔn)，使電纜提供商能夠使用現(xiàn)有電纜基礎(chǔ)設(shè)施提高網(wǎng)絡(luò)速度。

與 DOCSIS 3.0 相比，新版的 DOCSIS 3.1 標(biāo)準(zhǔn)可將有效的下游“下載”數(shù)據(jù)速率從 160 Mbps 提高到 10 Gbps，將上游“上傳”數(shù)據(jù)速率從 120 Mbps 提高到 1 Gbps。而消費(fèi)者則可以觀看高清電視 (HDTV)，并獲得視頻點(diǎn)播 (VOD) 服務(wù)。

當(dāng)您通過高清電視觀賞最喜愛的《怪奇物語》角色不斷擊退怪物的畫面時(shí)，您應(yīng)該感謝 DOCSIS3.1（和 GaN）。

GaN 對(duì)于將信號(hào)從信號(hào)塔發(fā)送至手機(jī)的蜂窩基站也具有一定的影響。帶寬是一種有限資源。所以，隨著數(shù)據(jù)需求的提高，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商必須提高其基站性能，同時(shí)管理多余熱量。GaN 可應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可利用其卓越的散熱性能讓基站保持較低溫度。

5G 的出現(xiàn)使 GaN 變得更加重要。大功率、高頻率和熱量管理是實(shí)現(xiàn)第五代蜂窩網(wǎng)絡(luò)時(shí)遇到的三大挑戰(zhàn)。

GaN 可移動(dòng)？

在手機(jī)中使用 GaN 只是時(shí)間問題。智能手機(jī)制造商將需要使用 GaN 來實(shí)現(xiàn)5G所需的更高毫米波 (mmWave) 頻率。

而其所面臨的挑戰(zhàn)就是在更低的電壓水平下運(yùn)行 GaN。雷達(dá)、基站和有線電視應(yīng)用的典型工作電壓范圍為 28 至 48 V。但是，手持式設(shè)備的平均電壓范圍為 2.7 至 5 V。我們已經(jīng)在開發(fā)新的工藝技術(shù)和封裝技術(shù)，以便在上述低壓范圍內(nèi)運(yùn)行 GaN。

最后，談及 mmWave 時(shí)，GaN 將在功率大小和效率方面明顯優(yōu)于當(dāng)今的技術(shù)。我們預(yù)計(jì)將在二十一世紀(jì)二十年代初期至中期看到 mmWave 應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備中。

屆時(shí)，就靠 GaN 了！

審核編輯黃昊宇