研究人员称，世界上第一台太赫兹集成电路可能会从5G升级到6G

虽然大多数半导体开发人员都希望通过工业电源设备来改善5G体验，但一些制造商正在把目光投向5G以外的领域，进入6G网络。为了实现6G标准，一些半导体开发人员已经把注意力集中在创建通过无线通信传输更大数据文件的设计标准上。

实时实验照片，能够通过太赫兹无线传输系统显示8K的视频。图片由大阪大学

大阪大学的研究人员最近与罗门半导体公司(ROHM Semiconductor)合作，宣布他们已经开发出一种行业首个设备工作在太赫兹频段，在300 GHz带宽内不间断地传输大型未压缩的8K视频。

大阪大学太赫兹研究中心

由大阪大学工程研究生院的副教授藤田雅之(Masayuki Fujita)博士领导的研究团队，从研究太赫兹频率开始了他们的努力。

太赫兹频率结合了无线电波的穿透能力和光的大带宽结构，使其成为下一代无线通信技术的有力候选人。

在太赫兹频率下操作会遇到一些挑战。首先，目前的电子设备无法处理太赫兹波长及其相关的传输延迟和功耗。由于太赫兹频率刚好处于传统设备能够接收和传输的阈值，像8K视频这样的大数据串需要视频压缩。

太赫兹波填补了行业标准频率和光波波长之间的空白。图片由大阪大学

压缩视频需要使用比视频原始表示更少的比特来编码信息。然而，这个过程往往导致质量和清晰度较低。为了避免这种情况，研究团队设计了一种设备，利用太赫兹波在无线连接上发送大量数据，同时最小化信号中断。

利用开关调制技术

研究人员实现了高频操作的目标使用开关调制技术。这是振幅移位键控调制的最简单形式，它被表示为“开”状态(检测到存在时为1)和“关”状态(检测到不存在时为0)。

该技术随后与两个主要组件结合，创造了一个传输集成电路，谐振隧穿二极管(RTD)和光子晶体。

共振隧穿二极管

谐振隧穿二极管是一种简单的低功率器件，在太赫兹频率下共振。该二极管可以同时作为发射和接收设备，对于小规模集成非常有用。RTDs非常紧凑，并且由于能够建立量子隧穿效应而能够超高速运行。

当电压被放置在RTD上时，波被发射出来。然而，如果电压上升到设定的阈值以上，太赫兹波就会消失。这是一个很小的设计限制，因为大多数目标通信设备将在低电压但高频率下工作。

光子晶体

光子晶体具有周期性的介电结构，可以通过操纵来控制不同波长的光。这使得研究团队能够设计多路通信系统、传感器和可控太赫兹振荡器。

下图所示的无线传输是由双向RTD接收的，RTD通过编码过程进行传输。一个标准的HDMI转换器可以读取它。

实现的无线传输框图。两个24Gbit/s的通道被分成四个通道，通过HDMI电缆传输到8K显示器。图片由大阪大学

大阪大学发布的一段视频显示为了显示8K超高清视频，研究人员将信号从一个发射机发送到一个接收器，反之亦然。通过使用太赫兹频率的RTDs，该设备可以无线发送视频而不会中断。

只有在发射机/接收机前面放上一块金属片，信号才会丢失，数据才无法传输。

与罗门建立强有力的研究伙伴关系

罗姆自2011年以来一直在整理太赫兹技术的蓝图例如，创建RTDs、用于激光雷达的太赫兹模块以及最小化实用传感器。这些设备使ROHM将开发一款支持1.5Gbits/s的设备，并声称在未来能够达到30Gbits/s。

在罗姆的基础上过去几年的内部研究日本大阪大学(Osaka University)的研究人员已经进入了无线传输的下一步。由此产生的IC第一次以48Gbits/s的速度无线传输无压缩的全分辨率8K视频。

讨论他的团队的研究的重要性,Masayuki Fujita博士解释说,“这样的未压缩的UHD视频无线传输技术将加强远程医疗、远程办公的质量,直接关系到社会问题,并将导致physical-cyber融合利用大数据发展UHD视频。”

大阪大学正在继续研究太赫兹探测器，它将允许极其快速的无线数据通信和高灵敏度雷达。与罗门半导体的持续合作，可能会推动他们对下一代无线通信设备的大规模生产的研究。