Lo sviluppo della tecnologia 6G sta progredendo rapidamente, anche grazie alle iniziative di ricerca di Stati Uniti e Cina e al lavoro di innovazione di associazioni come la Us Next G Alliance, il consorzio giapponese B5G e il progetto Hexa-X dell’Ue. Secondo gli analisti della società di ricerche IDTechEx, il 6G potrebbe diventare realtà a partire dal 2028, mentre la commercializzazione è prevedibile nel 2030.
Siamo dunque vicini, ma per fare il salto occorre superare alcuni ostacoli sul piano sia dell’hardware che del software e identificare le applicazioni chiave. Inoltre, il processo di standardizzazione 3GPP, a partire dal 2026, sarà cruciale per l’adozione.
6G, la sfida delle frequenze Terahertz
Il 6G offrirà velocità di trasmissione dei dati che raggiungono i terabit al secondo (Tbps), latenza di livello di microsecondi e un livello altissimo di affidabilità della rete. Operando all’interno dello spettro terahertz (THz), il 6G consentirà anche delle nuove applicazioni che vanno oltre le comunicazioni, come la raccolta di energia, il rilevamento avanzato e altro ancora.
Un aspetto cruciale del 6G è il suo uso di nuove bande di frequenza. Mentre il 5G opera all’interno dello spettro sub-6 GHz (da 3,5 a 6 GHz) e delle onde millimetriche (mmWave, da 24 a 100 GHz), il 6G si espanderà a frequenze più elevate. Lo spettro potenziale per il 6G include la gamma da 7 a 20 GHz per la copertura mobile e applicazioni più ampie, nonché la banda W (da 75 a 110 GHz) e la banda D (da 110 a 175 GHz) per reti di accesso e servizi come fronthaul e backhaul, noti collettivamente come Xhaul. Il 6G utilizzerà frequenze ben oltre quelle utilizzate dalle reti attuali, potenzialmente fino a 10 THz.
Ma i segnali terahertz sono facilmente assorbiti dall’atmosfera, portando a un rapido decadimento del segnale e sono altamente suscettibili alle interferenze delle barriere fisiche come edifici e alberi. Questi problemi sono particolarmente evidenti negli ambienti urbani densi, dove mantenere una connettività costante è fondamentale. Per questo si renderà necessario migliorare la potenza e la portata del segnale agendo su antenna e amplificatori. La tecnologia Ris (reconfigurable intelligent surfaces) viene individuata dagli esperti come una delle chiavi per superare le attuali sfide, perché elimina efficacemente i gap di copertura e aumenta la penetrazione del segnale senza far lievitare i costi.
Le tecnologie in lizza per i semiconduttori 6G
La scelta della tecnologia dei semiconduttori dipende dalle prestazioni dei transistor, che devono essere almeno tre volte, e idealmente più di cinque volte, la frequenza carrier. Per un funzionamento efficace nello spettro sub-THz (100 GHz – 300 GHz), i transistor devono funzionare tra 500 GHz e 1 THz. Attualmente, solo le tecnologie SiGe e InP soddisfano questi requisiti, anche se è previsto che progrediscano oltre 1 THz.
Per frequenze fino a 150 GHz, la tecnologia Cmos è già sufficiente per i dispositivi di comunicazione a corto raggio. Tuttavia, per applicazioni a lungo raggio, possono essere necessari semiconduttori ad alte prestazioni come SiGe o III-V, in particolare per l’amplificazione di potenza. Man mano che le frequenze superano i 200 GHz, diventa necessario un approccio ibrido, combinando Cmos per funzioni logiche con transistor III-V per l’amplificazione low noise e di potenza.
Nella fascia da 200 GHz a 500 GHz, la tecnologia SiGe BiCmos raggiunge un equilibrio ottimale tra prestazioni, costi e facilità di integrazione. Per le applicazioni che richiedono le massime prestazioni, specialmente nella gamma terahertz, è efficace la tecnologia InP anche se può avere costi più elevati.
Il nodo delle antenne di nuova generazione
La tecnologia Antenna-in-package (AiP) è fondamentale per le telecomunicazioni ad alta frequenza, in particolare nelle gamme mmWave e sub-THz. Sfruttando le lunghezze d’onda corte di queste frequenze, AiP consente l’integrazione di antenne più piccole direttamente nei semiconduttori, a differenza delle antenne tradizionali montate separatamente. Questa integrazione migliora le prestazioni dell’antenna e riduce significativamente la dimensione complessiva del pacchetto.
Con l’avvicinarsi della tecnologia 6G, la ricerca si concentra sul progresso di queste antenne per integrare le antenne direttamente sui componenti RF. Tuttavia, in questo campo siamo ancora nella fase di ricerca perché persistono difficoltà nella produzione e nella scalabilità.
Nello sviluppo della tecnologia AiP per i dispositivi di comunicazione ad alta frequenza, l’efficacia dei costi è cruciale: il prezzo obiettivo è di 2 dollari per modulo AiP 1×1 per consentire l’adozione diffusa. Raggiungere l’accessibilità economica implica superare un circolo vizioso tra adozione e produzione: viene prima la produzione in massa per ottenere le economie di scala e prima l’adozione per rendere conveniente la produzione in grandi volumi?
In ogni caso, secondo gli analisti, utilizzare materiali e processi di imballaggio convenienti e garantire la miniaturizzazione è fondamentale, soprattutto per l’integrazione in dispositivi consumer come gli smartphone.
