INFOCUS:

A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2020

Сети 5G уже здесь

Как это повлияет на общество, бизнес и индустрию печатных плат?

MORE ARTICLES ON THIS TOPIC:

Переход к новому поколению мобильной связи 5G уже начался в Азии и США. Крис Шу (Chris Shu), эксперт в компании Samsung, рекомендует всем компаниям внимательнее присмотреться к тому, какие новые возможности открывает эта революция, и призывает мыслить по-новому.

На рубеже тысячелетий Крис Шу (Chris Shu) занимался развитием бизнеса и разработкой продуктов в области мобильной связи. Он консультировал компании по формированию стратегий, когда они внедряли свои мобильные сети третьего поколения в Европе. Затем была работа в отделе научных исследований и разработок в Sony Ericsson в Китае, и затем снова в консалтинге. В 2010 году Крис Шу (Chris Shu) начал работу в компании Samsung, где он в настоящее время занимает должность вице-президента по стратегии развития продуктов. Он отвечает за мобильные телефоны компании среднего и низкого ценового сегмента, а также за все мобильные телефоны в Китае. В настоящее время в мире начинается внедрение пятого поколения мобильной связи 5G, но на этот раз в этом процессе лидирует новая группа стран.

Chris Shu

«По официальным оценкам китайского правительства к 2035 году 5G может добавить эквивалент 2 триллионов долларов в год к мировому экономическому росту».

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

«В Европе было большое воодушевление в преддверии выведения на рынок 3G и даже 4G. Я не замечаю ничего похожего сейчас. До сих пор многие европейцы больше копаются в технической терминологии 5G, а не смотрят на возможности, которые открывает новое поколение связи на практике», – говорит Крис Шу (Chris Shu).

А вот в Азии и Соединенных Штатах происходят по-настоящему значимые вещи. Коммерческие сервисы 5G начали внедряться в Южной Корее, Китае и Соединенных Штатах в 2019 году, также планируется запуск в Японии в 2020 году. Что объединяет все страны, находящиеся на первом плане? Их правительства сделали переход на новый стандарт одним из своих приоритетов. В Европе у многих правительств есть вопросы, связанные с национальной безопасностью, к некоторым поставщикам решений. В то же время операторов мобильной связи отпугивают высокие затраты, а многие конечные пользователи довольны тем, что у них уже есть.

«Однако компаниям и всем, кто хочет участвовать в развитии, стоит посмотреть на новые возможности, которые обеспечит эта технология, и на возможности для развития нового бизнеса, которые создает 5G. По официальным оценкам китайского правительства к 2035 году 5G может добавить примерно 2 триллиона долларов в год к мировому экономическому росту. Людям пора начать активно и творчески прорабатывать различные сценарии для своего текущего бизнеса или развивать совершенно новые бизнес-идеи под эти технологические изменения», – продолжает он.

К 2025 году база пользователей мобильных телефонов 5G, по оценкам, достигнет 500 миллионов в одном только Китае, что составляет одну треть всех пользователей. Соответствующий показатель для Европы составит 200 миллионов в том же году и 189 миллионов в США. Безусловно, пандемия коронавируса может замедлить этот процесс на начальном этапе, но 5G, несомненно, получит мощное распространение в ближайшие четыре года. Полное внедрение всех новых технологий принесет значительную выгоду и поставщикам сетевого оборудования, и компаниям, участвующим в создании сетей. Потребуется больше базовых станций 5G, чем в случае с 4G, при этом многие локации, такие как торговые центры и железнодорожные станции, будут строить собственные внутренние сети.

5G потребует смены парадигмы

Что еще более важно, переход на 5G будет более выраженным и заметным по сравнению с тем, что мы наблюдали при предыдущих сменах поколений связи. Мы наблюдаем изменение парадигмы с самого начала. Впервые мобильная связь больше не связана только с общением между людьми. Она в равной или даже большей степени касается связи между людьми и вещами, а также взаимодействия связанных вещей. Переход все еще находится в зачаточном состоянии, а это означает, что огромные новые возможности для бизнеса еще только открываются.

«Если можно сказать, что 4G изменил нашу жизнь, то 5G может изменить все общество. Теперь компании должны мыслить нестандартно, не ограничиваясь текущими областями бизнеса, бизнес-моделями или методами работы».

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

«Если можно сказать, что 4G изменил нашу жизнь, то 5G может изменить все общество. Теперь компании должны мыслить нестандартно, не ограничиваясь текущими областями бизнеса, бизнес-моделями или методами работы», – говорит Крис Шу (Chris Shu).

Проще говоря, есть три аспекта 5G, которые будут способствовать этому преобразованию: гораздо более высокая скорость передачи, новые возможности для управления техникой в реальном времени и возможность подключаться к интернету практически для всего.

«5G обеспечит скорость передачи данных в несколько гигабит в секунду без оптоволокна. Он полностью меняет наше восприятие «быстрого мобильного интернета» и имеет все предпосылки для создания новых приложений, например, в сфере развлечений, дополненной реальности (AR), виртуальной реальности (VR), дистанционного обучения и, что не менее важно, здравоохранения», – объясняет Крис Шу (Chris Shu).

Пример того, как можно произвести революцию в просмотре видеоконтента нам показала Южная Корея. Оператор SK Telecom запустил сервис, где зрители при просмотре бейсбольного матча сами управляют ракурсами изображения, которое создается большим количеством камер 5G, установленных на стадионе. Другие примеры новых возможностей – это виртуальные встречи с использованием дополненной реальности (AR) или виртуальные посещения музеев с элементами виртуальной реальности (VR).

«И в сфере здравоохранения можно подумать о многих возможных применениях. Например, я сам участвую в проекте по разработке подключенного к сети ручного ультразвукового сканера, который можно использовать для удаленной диагностики. Даже дистанционные медицинские операции могут стать реальностью».

В свою очередь, возможности управления в реальном времени позволяют также строить и более автоматизированную производственную отрасль с интеллектуальными производственными предприятиями. В сфере общественного транспорта новая технология связи может обеспечить значительные улучшения, например, такие как беспилотные автобусы. Также благодаря новым возможностям управления дорожным движением в реальном времени можно будет более достоверно видеть текущую ситуацию и соответствующим образом адаптировать движение. Еще одной областью применения является сельское хозяйство, где культуры могут давать более высокие урожаи благодаря сбору данных и способности управлять в режиме реального времени, скажем, орошением.

«Полная связанность означает, что изменения произойдут даже на уровне общества. Это палка о двух концах. С одной стороны, создаются условия для построения более безопасного общества с возможностями более эффективного использования ресурсов, например, при реагировании на чрезвычайные ситуации. Например, при дорожно-транспортном происшествии все необходимые ресурсы могут быть направлены на место автоматически. С другой стороны, принцип неприкосновенности личной жизни может быть нарушен, если в общественных местах будет установлено большое количество камер и датчиков», – говорит Крис Шу (Chris Shu).

Переход на 5G также может создать различные новые возможности для покрытия нехватки необходимых ресурсов. Как в примере с трансляцией бейсбольного матча компанией SK Telecom, операторы связи могут создавать собственный медиа-контент или социальные сети. Возможность создания новых источников дохода может помочь телеком-операторам оправдать крупные инвестиции.

«Полная связанность означает, что изменения произойдут даже на уровне общества. Это палка о двух концах».

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

«Конечно, поставщики устройств, такие как Samsung и наши китайские конкуренты, получат огромную выгоду от перехода на новый стандарт. Флагманские модели телефонов с поддержкой 5G уже поставляются на рынок, но по-настоящему разница будет ощущаться, когда начнутся поставки телефонов начального и среднего сегмента, что пока откладывается из-за кризиса, вызванного коронавирусом. В дальнейшем нужно будет менять многие периферийные устройства, такие как зарядные устройства, шлюзы и т. п. Кроме того, исчезнет потребность в домашнем Wi-Fi.

Многие аспекты перехода до сих пор остаются неясными. По способам оплаты, по подходам к разработке различных приложений – у игроков в этом процессе существует большое поле для творчества. Вокруг новых решений можно выстроить целые компании.

«На базовом уровне 5G означает множество подключенных датчиков, которые передают большие объемы данных с очень высокой скоростью, а также платформу, которая может справиться с этим потоком, и приложения на платформе, которые могут реагировать на все данные. Развлечения, умные дома, облачные решения и игры – во всех этих областях мы увидим изменения в платформах и крупные инвестиции в платформы, стремящиеся к доминирующей роли в будущем», – считает Крис Шу (Chris Shu).

Новые решения и приложения появятся во многих областях. Независимо от того, в какой отрасли промышленности они могут работать, предприятия могут выиграть от своевременного перехода на 5G.

«Не все случится сразу. Некоторые сценарии легче реализовать, чем другие. Мы увидим быстрые изменения в сегменте развлечений, вероятно, и в сельском хозяйстве; уже начался переход к умным производственным предприятиям. В других областях это может занять большее время. Например, обновлений и изменений потребует большая часть инфраструктуры в нашем обществе. Также нужны будут изменения в менталитете людей, если, например, мы хотим добиться широкого использования беспилотных транспортных средств. Если бы я рискнул высказать предположение о том, как все будет складываться в будущем, я бы сказал, что, возможно, потребуется лет десять, чтобы эти изменения в обществе полностью осуществились», – заключает он.

Важнейшая функциональность в сети 5G

EMBB – усовершенствованная мобильная широкополосная связь
Скорость передачи данных в 20 раз выше, чем в сети 4G. Удобство использования будет совершенно другим, например, с возможностью загрузки художественного фильма в считанные секунды.

EMTC – улучшенная связь между устройствами
Поддержка десятикратного увеличения числа соединений по сравнению с 4G в определенных областях, что обеспечит огромную пропускную способность для интернета вещей и множества новых приложений.

URLLC – сверхнадежная связь с низкой задержкой
Обеспечивает более или менее гарантированное время отклика в 1 мс, т.е. десятикратное снижение задержки по сравнению с 4G. Это – необходимое условие для удаленной хирургии, беспилотного вождения транспортных средств и других передовых областей применения.

Миллиметровые волны
В отличие от мобильной связи предыдущего поколения, 5G использует более высокочастотный диапазон, где имеется большое количество свободных частот. Это также позволяет поддерживать высокие скорости передачи данных, даже когда пользователь движется с высокой скоростью.

Нарезка сети
Позволяет в одной физической сети разворачивать несколько отдельных логически изолированных сетей. Например, полицейская сеть может быть полностью отделена и защищена, при этом используя те же ресурсы, что и открытая сеть 5G, с той же скоростью, пропускной способностью и низкой задержкой.

Граничные вычисления
Вместо централизованного облачного хранилища используется распределение облачного хранилища в разных местоположениях, наиболее приближенных в подключенным устройствам, что значительно ускоряет процессы для различных приложений.

AИскусственный интеллект (ИИ)
ИИ – это еще одна глубоко революционная и постоянно развивающаяся концепция, которая будет сочетаться с 5G на многих уровнях. Простым примером могут служить голосовые помощники и то, как они будут обеспечивать незаметный переход пользователей от одного подключенного устройства к другому в их доме.

Более высокие требования к материалам и более длительные сроки поставки

Какое влияние окажет переход к 5G на производство печатных плат? Мы попросили прокомментировать Энди Лю (Andy Liu), управляющего директора компании NCAB в Азии.

Энди Лю (Andy Liu) говорит, что материалы, используемые в печатных платах, должны будут соответствовать новым требованиям. Приложения 5G потребуют гораздо более высоких частотных диапазонов. Поскольку сигналы проходят сквозь плату между различными ее компонентами, материалы должны будут справляться с этим.

 «Поскольку электроника будет постоянно подключена к сети, очень важно, чтобы платы могли справляться с отводом тепла. С приходом 5G мы увидим все более широкое использование технологий охлаждения».

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

«Материалы, используемые в обычной плате, могут обрабатывать сигналы от 3 до 5 ГГц, но с полной функциональностью 5G мы увидим частоты около 25 ГГц и выше. Поскольку такие высокочастотные материалы сложны в изготовлении, выбор поставщиков материалов невелик, что увеличивает сроки поставки», – объясняет он.

Кроме того, 5G потребует совмещения большого количества антенн и функциональных модулей для передачи сигналов на одной плате. Этот подход создает сложности в смысле целостности сигналов и, следовательно, требует подключения коннекторов с высочайшей точностью. Риск состоит в том, что разные сигналы могут создавать взаимные помехи, эту проблему многие разработчики печатных плат решают с помощью так называемого «обратного сверления».

«Очень важно, чтобы обратное сверление было выполнено с предельной точностью, чтобы обеспечить минимально возможную длину тупикового отрезка. С уменьшением полей плат до все более крошечных пропорций этот процесс потребует еще более строгих допусков.

Как правило платы не становятся больше, а плотнее заполняются мелкими компонентами. Большие объемы данных, передаваемых в сети 5G, также потребуют наличия все более мощных процессоров, и это означает, что мы будем чаще видеть платы высокой плотности, содержащие от 10 до 20 слоев. Это, в свою очередь ужесточит требования к процессу прессования. Будет интенсивно расти использование технологий прямого лазерного формирования изображений (LDI) и автоматической оптической инспекции (AOI), так как все будет становиться слишком маленьким для невооруженного глаза.

«Мы будем иметь дело с диаметрами отверстий до 0,1 мм, что делает невозможным механическое сверление. Поэтомуо, мы увидим все более широкое распространение технологий лазерного сверления. Производство будет все сильнее автоматизироваться», – говорит Энди Лю (Andy Liu).

«А поскольку электроника будет постоянно подключена к сети, очень важно, чтобы платы могли справляться с отводом тепла. С приходом 5G мы увидим все более широкое применение технологий охлаждения», – прогнозирует Энди Лю (Andy Liu).

Даже при проектировании печатных плат технология 5G создаст новые трудности. Дизайнеры должны будут уметь оптимизировать послойную компоновку плат и уметь правильно подбирать материал и строить топографию, чтобы минимизировать помехи для сигнала.

«Платы нужно будет проектировать так, чтобы разные по составу и/или толщине материалы могли совмещаться на одной и той же плате, и при этом, чтобы конструкция хорошо работала при серийном производстве. Более того, будет важно подбирать производственные предприятия, которые хорошо знакомы и готовы работать с указанными материалами. Для оценки их концепций может потребоваться проектирование большего количества прототипов и их тщательные испытания. Все это необходимо для сокращения времени выхода на рынок и обеспечения качества продукции», – говорит Энди Лю (Andy Liu).

«Отрасль также сейчас находится в стадии укрупнения, когда небольшие предприятия вытесняются с рынка более крупными игроками. Этот процесс ускоряется в результате остановки производства в связи с коронавирусом».

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

Одной из проблем, возникающих в связи с крупными инвестициями в сети 5G в Китае, является нехватка мощностей для производства более совершенных печатных плат. Это приводит к увеличению сроков производства.

Влияние технологии 5G на производство печатных плат

  • Потребуются материалы более высокого качества, способные обрабатывать высокочастотные сигналы
  • Проблема целостности сигналов становится еще более актуальной в силу расположения большого количества антенн на платах
  • Необходимость в большей точности требует все более высокой автоматизации производства
  • Многослойные печатные платы высокой плотности становятся все более распространенными.
  • Технологии LDI и AOI становятся все более распространенными
  • Более активно используются технологии охлаждения для отвода тепла в оборудовании для 5G
  • Предъявляются новые требования к дизайнерам при оптимизации структуры слоев печатных плат и т. п.
  • Дополнительную важность приобретает дизайн и тщательные испытания прототипов
  • Ощущается нехватка производственных мощностей, растут сроки выполнения заказов из-за перехода на новый стандарт

«Ситуация усугубляется мерами по стимулированию экономики, которые принимает китайское правительство после кризиса, вызванного пандемией коронавируса, в том числе путем ускорения перехода на 5G. Несколько крупных компаний, связанных с этим процессом, занимают очень большую часть производственных мощностей. Это еще сильнее растягивает и без того длительное время выполнения заказов», – говорит Энди Лю (Andy Liu).

«Отрасль также сейчас находится в стадии укрупнения, когда небольшие предприятия вытесняются с рынка более крупными игроками. Этот процесс усугубляется в результате остановки производств в связи с коронавирусом», – добавляет он.

NCAB Group располагает большой покупательной способностью и имеет налаженные отношения с ведущими предприятиями по производству печатных плат. Поэтому, им намного проще, чем любым другим компаниям, которые пытаются размещать небольшие заказы самостоятельно. Фактически, мы наблюдаем тенденцию, когда многие крупные и технически продвинутые производственные предприятия перестали работать с небольшими существующими или новыми клиентами.

«Это дает нам определенное преимущество, но мы пока не ожидаем улучшения ситуации со сроками в будущем, скорее наоборот. Вот почему мы рекомендуем нашим клиентам проявлять инициативу и размещать заказы как можно раньше», – заключает Энди Лю (Andy Liu).