פרוטוקול האבטחה הגבוה מאוד המיושם וזמן האחזור/תגובה הקצר הופכים אותו למועמד מושלם לשלוט בתחנות כוח ומקורות אנרגיה מתחדשים (רוח, שמש, גל/גאות) לניטור רשתות חשמל באמצעות מדידה חכמה ושערים של מדדים חכמים, ולכן מאפשרים חסכון משמעותי בחשמל. פתרונות רשת חכמה אלו יכולים לשמש בקלות גם כפתרון בעלות נמוכה כדי לאפשר את Society 5.0 העתידי שלנו.

ה–HD-PLC LSI (SC1320A) הוא ה–LSI הראשון בעולם המוטבע עם הדור הרביעי של ליבת . HD-PLC זה יוצר יותר חופש להעברת מידע ונתונים חדשניים ומאובטחים באזורים עירוניים, בסביבות ביתיות ובמפעלים. מלבד יישומי רשת חכמה או מדידה חכמה, זה יכול לכלול גם שליטה והקרנה של מכשירים והתקנים כמעט בכל סביבת IoT  מהבית, מסביבת מגורים לעיר או ליישומים מוסדיים ותעשייתיים עם היתכנות של בניית מערכת אקולוגית שלמה.

זהו פתרון מתקדם בהספק נמוך (typ  (200 mWובגודל שבב קטן המאפשר תקשורת נתונים במהירות גבוהה (עד Mbps 240) עם טווח הגעה ארוך וקישוריות של עד 1024 צמתים. פונקציית Multi-Hop המיושמת יכולה להרחיב את טווח ההגעה של הרשת ליותר מ-10 ק"מ.

ממשקים כלליים כגון UART/SPI ו-Ethernet MAC (RMII)- מיושמים, ונתמכים בפרוטוקולים כמו BACnet, LonWorks עבור היישומים התעשייתיים (כולל ניהול בניינים) עם פונקציות איתחול מאובטח.

תקשורת קווי חשמל יציבה מושגת על ידי שילוב של טכניקות איכותיות, אנלוגיות והפחתת רעש. יתר על כן, אלגוריתם משוכלל של Orthogonal Frequency Division Mutiplexing (OFDM)  משמש למדידת נגד של בעיות טכניות בפס רחב על קווי חשמל (BPL) שנראו בעבר באמצעות מוצרי PLC מדור קודם. הטכניקות החדשות הללו מתגברות על מגבלות ובעיות קודמות, כגון העברת נתונים דרך שנאים, יצירת רעש מוגזמת או פליטה לקווי חשמל, ומאפשרות העברת נתונים ברחבי העולם ללא תלות באי-התאמות אזוריות במתחים ומאפייני העברת כוח אחרים. כתוצאה מכך, מלבד תקשורת נתונים, ניתן להשתמש בו גם כדי לשלוט ולסנן מכשירים, מכשירי חשמל ושקעי חשמל התומכים ברשת חכמה או מדידה חכמה. הוא יכול לתמוך במערכות אוטומציה מלאות של בניין ובית ותשתית עיר חכמה עם פתרון תקשורת שלם.

איך זה ישפיע על השוק?

מחקר שוק חדש מצביע על כך שעד 2025, מספר המכשירים החכמים המחוברים לאינטרנט יגיע ל-75 מיליארד מכשירים ברחבי העולם.

הדור הבא של HD-PLC LSI ישחק תפקיד מפתח במערכות מחוברות חכמות, רשתות חכמות ומדידות חכמות, ימקסם את הביצועים והגמישות, ויעניק עליונות בהשוואה לפתרונות PLC זמינים אחרים.

HD-PLC  מנצל את ההבדל בתדרים בין מתח חשמלי ואותות נתונים. בעוד חשמל נע באורכי גל נמוכים יחסית, תדר הנתונים הדיגיטלי גבוה בהרבה. לפיכך, ניתן להשתמש בהעברת נתונים/תקשורת HD-PLC במהירות גבוהה בקווי מתח קיימים באמצעות AC או DC הנעים בין אפס וולט לכמה מאות וולטים או כל סוג אחר של כבלים כגון, למשל, קווי טלפון, twisted-pairאו קואקסיאלי של כבלים.

כתוצאה מכך, בניגוד לרשתות Ethernet או רשתות אלחוטיות, HD-PLC אינו מצריך השקעות משמעותיות ובעצם לא דורש מאמץ להתקנה ולהגדרה והוא כמעט פתרון של "הכנס והפעל".

יש לו גם את היתרון של שידורים אמינים, יציבים, בטוחים ומאובטחים התומכים בדרישות שונות של Demand Responses (DR). זהו נתון הכרחי עבור ספקי רשת ומפעילים, אך חשוב גם ליישומים רבים אחרים.

במה הם נבדלים מפתרונות אחרים/קודמים?

ה–HD-PLC של Socionext הוא פתרון בטוח, אמין ומאובטח מאוד בשל שימוש בהצפנה חזקה) מסוג (PHYs  וגמישות החיבור.

בהשוואה לפתרונות Narrowband PLC סטנדרטיים (מבוססי BACnet או (LonWorks המסוגלים להעביר קצבי נתונים ממוצעים של Kbps 78  (עד קצב PHY מקסימלי של Mbps 1) ה–HD-PLC מציע קצבי נתונים של  Mbps10, עם מהירות תקשורת של עד Mbps 240 .

פס התדרים עבור Narrowband PLC (תקן PRIME או(G3-PLC  הוא עד kHz 500  עם אפנון OFDM, בעוד HD-PLC משתמש בפס תדרים  MHz 2-28  באמצעות OFDM wavelet .

טווח ההגעה הממוצע של פתרון PLC מדור קודם הוא מתחת ל-1,200 מטר. פתרון HD-PLC  של Socionext משלב מצבי קצב של ½ או ¼ המרחיבים את טווח ההגעה עד פי שניים.  פתרונות PLC מדור קודם ושימוש ב-multi-hop המשולב יכולים לאפשר טווח של למעלה מ-10 ק"מ כשעדיין יש לו קצב נתונים גבוה בהרבה.

פתרונות PLC מדור קודם משתמשים בפרוטוקולי RS-485 התומכים בעד 256 צמתים. HD-PLC תומך בעד 1,024 צמתים לחיבור ותשתית גדולים יותר המאפשרים רשתות לאגר.

HD-PLC ניתן לישום בקלות על כל מכשיר IoT שכן כלולה בו ערכת תוכנת TCP/IP ומממשקים כלליים כגון UART/SPI מיושמים.

חשוב להזכיר שמתאמי HD-PLC מתאימים כתחליף לסוגים אחרים של חומרת PLC, כגון HomePlug או G.hn. מכיוון ש-HD-PLC מבוסס על תקן IEEE-1901, הוא חולק את אותו פרוטוקול בין-מערכתי.

סיכום

 פתרון  HD-PLC  של Socionext (LSI SC1320A) הוא ה-LSI הראשון בעולם המוטמע עם הדור הרביעי של ליבת HD-PLC. הטא יוצר יותר חופש למידע חדשני ומאובטח והעברת נתונים באזורים עירוניים, בסביבות ביתיות ובמפעלים. יש לו גודל אריזה קטן יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר ומאפייני ביצועים טובים יותר מאשר פתרונות HD-PLC אחרים הזמינים כיום והוא מתאים באופן מושלם לחברה החכמה של היום.

תוכן שיווקי באדיבות חברת Socionext

*: HD-PLC is a trademark or registered trademark of Panasonic Corporation in Japan and other countries

הפוסט הדור הבא של תקשורת קווי חשמל עבור האינטרנט של הדברים (IoT) הוא כבר כאן. הכירו את HD-PLC™* LSI (SC1320A) הופיע לראשונה ב-Chiportal.

5G NR (רדיו חדש) – משתמשת בסטנדרטים החדשים תעלה על יותר ממיליארד מנויים ברחבי העולם עד שנת 2025. G 5 תשנה יישומים קיימים, היא תשנה ותביא מהפכה בשירותי הענן ובאינטרנט של הדברים (IoT).

5G NR מבחינים בדרך כלל בין שלושה מקרי משתמשים.

• תקשורת חביון נמוכה ואמינה במיוחד או (URLLC) Ultra-Reliable Low Latency Communication
• תקשורת מסיבית מסוג מכונה (MMTC) או Massive Machine Type Communication
• ופס רחב נייד משופר (EMBB) או Enhanced Mobile Broadband

5G ו- Socionext

המערכות הכלכליות של 5G מונעות ותומכות מגוון יישומים הצומחים במהירות בתחום הרשת האלחוטית, בתעשייה (כולל IoT) ומנקודת המבט של משתמשי הקצה. לשם כך נדרשים פתרונות חדישים המסוגלים לא רק לספק את כל השירותים הנדרשים, אלא כוללים גם חיסכון בעלויות, הפחתת סיכונים מסחריים והשגת הגעה לשוק הטוב ביותר.

Socionext הינה ספקית מובילה בעולם של פתרונות מערכת על שבב (SoC) , המתמקדת בטכנולוגיות רכב, תעשייה ורשתות המניעות מגוון רחב של יישומים ופתרונות. אנו ערוכים להכיל את כל דרישות השירות, לפתור אתגרים כמו גם לתמוך ולהוביל לקוחות ושותפים לתחום ה 5G החדש.

Socionext היא יצרנית מכשירים משולבת (IDM) עם היתרון של היותה fabless אשר מבטיחה גמישות מירבית לבחירת הפיתרון הטוב ביותר האפשרי. אנו עובדים בשיתוף פעולה הדוק עם מפעלי יצור עולמיים ומבצעים אופטימיזציה משותפת של מודלים וספריות שיובילו למוצרים ושירותים מצטיינים. יכולת התכנון והפיתוח שלנו משתמשת בטכנולוגיות תהליך מתקדמות במגוון רחב מ- 40 ננומטר ועד 5 ננומטר. בחירת הטכנולוגיה הנכונה מבטיחה את השילוב הטוב ביותר בין ביצועים, אינטגרציה גבוהה, הספק נמוך ביחד עם כמות השקעה מינימלית ומהירות הגעה לשוק. ניצול המומחיות שלנו באריזות ובהרכבות השבבים מביא ליכולות ביצועים מעולות וגודל שבב קטן יותר בהשוואה לפתרונות סטנדרטיים אחרים.

יתרונות נוספים הם האפשרות לבחור בין טכנולוגיות התהליך המתאימות ביותר, בעלות יכולות תכנון מעגלים אופטימליות באמצעות מערכי כישורים ייחודיים ליישום IC וכוללים תוכנה פנימית, אריזה ובדיקה. זה מאפשר ל- Socionext להשיג ולהתאים לפרמטרים קשים להשגה כגון צריכת הספק נמוכה, קצב נתונים גבוה עם זמן ריצות השהיה נמוך מאוד, ברזולוציה גבוהה/ טווח דינמי וגודל שבב קטן.

החל מדיוני לקוחות ראשוניים ועד לשלבי התכנון והפיתוח ועד לייצור הסופי, Socionext מבטיחה שהתוצאות יהיו מותאמות אישית ופתרונות ה- ASIC יהיו מותאמים לצרכי הלקוח עם אמינות גבוהה וסטנדרטים איכותיים מעולים. כתוצאה מכך אנו יודעים לספק פתרונות ASIC / LSI מלאים, חדשניים עדכניים, גמישים וחסכוניים ביותר תוך שימוש בשרשרת אספקה יציבה.

Socionext מוכנה לתמוך במגוון הרחב של 5G ובעתיד יישומי 6G עם הטכנולוגיות החדישות ביותר גם ליישומי IP ו-ASIC מורכבים במיוחד.

ליישומי 5G – URLLC, MMTC ו- IoT, ל- Socionext יש פתרונות IP ושבבים שונים התומכים ביישומים מרובים המונעים על ידי טכנולוגיה זו. אלה כוללים מעבדי אותות ייעודיים באיכות גבוהה, בעלי צריכת הספק נמוכה, בקרי גרפיקה דיגיטליים ומעוררי אותות מלאים או מכשירי Codec עבור ציוד AV מקצועי או פתרונות קומפקטיים.

עבור תקשורת IoT ייעודית, מציעה חברת Socionext ערכות LPWAchip אלחוטיות או HD-PLC LSI קוויות להעברת נתונים יציבות ומאובטחות התומכות בבית, בבניין, בתחזוקה, בתהליך אוטומציה של המפעל, כמו גם בפתרונות רשת חכמים וניטור חכם.

עבור  EMBB–   5G עם תת תדר GHz 6 (רוחב פס 5G ראשי) המשתמשות ברוחב פס גבוה יותר של ערוצים, בקצב נתונים גבוה יותר ובעלות זמינות ספקטרום רציפה, ל- Socionext יש IP ופתרונות ASIC המתאימים היטב ל- Digital Front End (DFE) או ליחידת אנטנה פעילה (AAU ).

עבור DFE – ארכיטקטורת RF יעילה ישירה עם תקשורת רב-פסית דורשת כתובות IP ממיר A/D מהירות ויעילות ביותר עם רוחב פס מספיק כדי לספר את רצועת התדרים הנתונה ו- DSP. פתרון ה- RF הישיר אינו דורש שום מערבלים, מגברים או בלוקי פילטר, דבר המפשט את המערכת על ידי הפחתת ספירת הרכיבים וצריכת החשמל, (ראה איור 1). יתר על כן, ה- DSP המשולב מאפשר טכניקות פיצוי ואופטימיזציה חכמות ומאפשר רוחב פס גמיש בבחירה דיגיטלית. רצועת התדרים, המהפכה בהרחבת רשת הסלולר.

עבור AAU – ניתן לשלב מספר ממירי A/D בתוך ASIC עם צריכת הספק נמוכה וגודל קטן, שהוא למעשה דרישה למיקוד אותות (MIMO beamforming) ליחידות ומכשירים ניידים, (ראה איור 2).

מערכי אנטנות MIMO מסיביים עם נתיב אנטנות קטן וקוטביות כפולה מונעות על ידי רשתות מקמ"ש דיגיטליות לחלוטין.

עבור  EMBB–   5G (למשל, תאים קטנים) באמצעות רצועות mmWave (המכונות להקות משלימות G5) בתדרים גבוהים (> 28GHz) אך עם רוחב/רוחב קטן, קרן נקודה לנקודה מכוונת מאוד, עם ריבוב מרחבי, יכולה להיות בשימוש. לפיכך מתקבלים פחות הפרעות ושימוש יעיל יותר בכוח השידור/קבלה המשפר את ההקצאה לאובדן תקשורת.

אלחוטי– ישומי אולטרה לוויין המשתמשים בקישורי שידור μWave, או Terahertz (THz), התומכים בטכנולוגיות לתוספות מהירות של רשתות תקשורת אלחוטיות, יכולים ליהנות גם מ IPs להספק נמוך וגודל מינמלי.

עמידה במגמות ובדרישות האחרונות עם SoCs מותאמים אישית

לסיכום: SoCs מותאמים אישית ליישומי G5 ימלאו תפקיד חשוב בפריסת רשתות אלחוטיות עתידיות. פתרונות ASIC / LSI יוקרתיים ומותאמים יידרשו למלא אחר הצרכים העתידיים, להיות מותאמים לשינויים טכנולוגיים ולנצל את הפוטנציאל העצום של G5 גם במגזר ה- IoT. כדי להישאר תחרותי ולהבטיח את הפעלת הטכנולוגיות השונות במועד, תוך תמיכה בתשתיות ובמערכות הכלכליות המלאות, חובה להיעזר בספקים מנוסים היכולים לספק את התמיכה והביצועים הדרושים.

מאמר זה באדיבות חברת Socionext.

הפוסט כיצד ניתן לנצל את מהפכת ה- 5G בעזרת SOCs מותאמים אישית הופיע לראשונה ב-Chiportal.

אחד השווקים הדינמיים ביותר כיום הוא האינטרנט של הדברים (IoT) המורכבים דרך קבע ממספר חיישנים ומערכות משובצות – בדרך כלל באמצעות רשתות תקשורת אלחוטיות – על מנת לשלוט ולפקח על הסביבה ועל מערכות אלקטרוניות. בתחום הצרכני, ניתן להשתמש במכשירי IoT לחיבור מכשירי חשמל או תאורה ליצירת בית חכם. בתחום התעשייתי, רשתות IoT יכולות לפקח על קווי ייצור במה שמכונה "Industry 4.0" או במפעל חכם.

על מנת לתכנן מוצרים עבור IoT או   Industrial IoT מפתחים משתמשים יותר ויותר ב SoCs המותאמים אישית ובכך יכולים להציע פונקציונליות מותאמת, צריכת חשמל נמוכה יותר ואינטגרציה גבוהה יותר. לפיתוח מערכות SoC מורכבות מאוד ישנם לרוב, מספר ספקי מוליכים למחצה התומכים בלקוח במהלך הפיתוח והייצור.

מדוע כדאי לבחור ב- SoC מותאם אישית?
התפתחויות IoT ו- IIoT דורשות מעגלים משולבים בצורה טובה יותר, בעלי צריכת חשמל נמוכה וחסכוניים בעלותם. קריטריונים סותרים אלה ניתנים למענה אופטימלי רק על ידי פתרונות יעודים ללקוח.

כדי להפחית את עלויות היחידה למוצר IoT , SoCs מותאמים אישית מציעים אפשרות להחליף ICs סטנדרטיים רבים ב SoC יחיד בשל צפיפות האינטגרציה הגבוהה שלהם. בנוסף לחיסכון בעלויות, הדבר מקטין גם את הגודל הכללי של החלקים האלקטרונים מה שמאפשר מימוש פתרונות IoT קומפקטיים יותר. עם זאת, יש למדוד את החיסכון בעלויות היחידה מול עלויות הפיתוח המותאם אישית של ה- SoC. מסיבה זו, בדרך כלל מושג חיסכון בעלויות עבור מוצרי SoC מותאמים אישית עבור מכשירים ו / או מוצרים בעלי נפח גבוה ובינוני עם אורך חיים ארוך.

בכל הנוגע לקישוריות, מוצרי IoT זקוקים לעיתים קרובות לתמיכה בסטנדרטים אלחוטיים (כגון ZigBee או Bluetooth LE). לכן היתרון של SoCs מותאמים אישית יכול לסייע בשילוב בלוקי HF בנוסף למעגלים הדיגיטליים. על ידי שילוב מקלטי ופולטי HF ב SoC- אחד, צריכת החשמל וגודל המוצר של ה- IoT מצטמצמים.

בנוסף לשילוב ,HF SoCs מותאמים אישית מציעים גם אפשרות לשלב חזית אנלוגית המותאמת ליישום המסוים. זה עשוי להיות חשוב, למשל, כממשק לחיישנים שבהם צריך ליצור או לקבל אותות אנלוגיים.

לעיתים קרובות חשוב ליצרנים להגן על ה- IP שלהם. אם מיושמים אלגוריתמים ושיטות קנייניות על SoC מותאם אישית, הם מוגנים במידה מסוימת מפני זיוף ונסיון לבצע שחזור הנדסי. ברור שעדיין ניתן להעתיק SoC מותאם אישית, אך זה יקר מאוד וכרוך בעבודה רבה. לכן SoCs מותאמים אישית מציעים גם רמת מסוימת של אבטחה מפני זיוף.

מודלים להתחברות
פיתוח SoC מותאם אישית הוא בדרך כלל תהליך מורכב מאוד הדורש מידה גבוהה של מומחיות וידע שנבנה לאורך שנים רבות. לכן מומלץ להיעזר בספקים של SoC מותאם אישית. הם יכולים להגיב בצורה גמישה לדרישות הלקוח ובדרך כלל להציע מספר מודלים של התקשרות אפשרית, או צורות של שיתוף פעולה. אלה מבוססים על משאבי תכנון ה- SoC המותאמים אישית ללקוח.

באופן כללי, ישנם ארבעה מודלים אפשריים לפיתוח SoC מותאם אישית. במודל המסורתי הלקוח אחראי על תכנון SoC בעוד היצרן דואג ללייאאוט, לייצור ולבדיקה. גרסה נוספת של מודל זה היא מודל הכלים (או מודל הפאונדרי) בו הלקוח מבצע את כל עבודות הפיתוח ושותף ה- SoC אחראי על הייצור.

במודל הפלטפורמה, יצרן המוליכים למחצה מבצע חלק מהפיתוח של ה- SoC (למשל תת-מערכת המעבד או המעגל האנלוגי), בעוד שחלקים סטנדרטיים, כגון ממשקים נרכשים ברשיון של קניין רוחני ((IP ויצרנית ה- SoC משלבת את הבלוקים הבודדים של המעגל.

במודל ה- spec-in הלקוח מספק את המפרט של התכנון וספק ה- SoC משלים את כל תהליך התכנון וההטמעה של הצ'יפ.

אפשרויות אלו מעניקות ללקוחות מגוון דרכים לאזן את מומחיות התכנון הפנימי שלהם, כמו גם את השקעותיהם בכלי פיתוח ובמשאבי פיתוח אחרים להתאמת פיתוח ה ASIC- שלהם עם המודל העסקי שלהם ולזמן הפיתוח הזמין.
טכנולוגיות מוליכים למחצה ישנם מגוון טכנולוגיות של מוליכים למחצה הזמינים לפיתוח ASIC . CMOS היא הטכנולוגיה הנפוצה ביותר. זה מתאים במיוחד לשילוב מעגלים דיגיטליים, אך ניתן לשלב גם פונקציות RF ואנלוגיות.

מערכות SoC המשלבות בעיקר מעגלי HF / אנלוגי עם פונקציונליות דיגיטלית נמוכה מיושמות לרוב ב- SiGe (סיליקון-גרמניום), המציע גם CMOS וגם טרנזיסטורים דו-קוטביים. GaAS (גליום ארסניד) מתאים למעגלי RF בעלי תפוקה גבוהה, למשל מגברי כוח (PA). ישנם גם צורות מעורבות ותהליכים מיוחדים, כגון HV-CMOS (CMOS במתח גבוה).

במכשירי CMOS, גודל התהליך (כיום 180 ננומטר עד 5 ננומטר) קובע את צפיפות האינטגרציה, כלומר מספר השערים הלוגים שניתן לאכלס לכל שטח שבב. תהליכים עם גדלים קטנים יותר מציעים בדרך כלל שיעורי שעון גבוהים יותר, מה שמוביל לעוצמת מחשוב גבוהה יותר, אך הם יקרים יותר מתכנונים המבוססים על צמתים מעובדים ישנים יותר (כלומר גדלי תהליכים גדולים יותר). לפיכך כל פיתוח SoC מותאם אישית הוא פשרה בין עלויות הפיתוח הכרוכות בצפיפות הביצועים והאינטגרציה הנדרשת. עלויות ה- NRE (עלויות הנדסה חד פעמיות) לפיתוח SoC ועלויות המסכה יגדלו ככל שמשולבים יותר כוח מחשוב ומעגלים ב- SoC.

לסיכום
מערכות SoC מותאמות אישית מציעות פתרונות מותאמים מבחינת ביצועים, פונקציונליות וצריכת חשמל, החשובים במיוחד עבור יצרנים ומפתחי מוצרי IoT. שילוב ספק SoC מותאם אישית בתהליך הגדרת השבב בשלב מוקדם יכול לאפשר להם למצוא את הפיתרון האופטימלי. על ידי יישום המומחיות הטכנית של צוות התכנון של ספקית SoC שלה, חברה יכולה להגדיר שבב ולהשתמש בשירותים כגון תכנון, פריסה, אריזה, בדיקה וייצור לפי המודל העסקי שלה.

המאמר נכתב ע"י סטפן אהלס, מהנדס שיווק בכיר בחברת Socionext Europe

הפוסט מדוע רצוי להשתמש ב-SOCs מותאמים אישית בפרויקטים של IoT ו- 4.0 Industry הופיע לראשונה ב-Chiportal.