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5G 人からモノへ 〜「未踏の時代」迎えた無線技術 特集
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» 2020年03月06日 11時55分 公開

Siの代替材料が期待される:5Gの導入で変わる? RFチップの材料 (2/2)

[Junko Yoshida,EE Times]
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5G向けの新設計に向けて奔走するRFチップメーカー

 RFシリコンメーカーは現在、5Gシステム向けの新しい設計/アーキテクチャの実現に向けて奔走している。それはなぜなのだろうか。

 5Gは、さまざまな種類の高周波数帯を使用することで高速データ伝送を実現するため、5G RFフロントエンドモジュールに搭載されるパワーアンプやフィルター、スイッチ、LNA(ローノイズアンプ)、アンテナチューナーなどの数が、猛烈な勢いで増大している。膨大な量のコンポーネントの多くはディスクリート(個別半導体)なので、スマートフォンメーカーにとっては、これら全てのRFモジュールを5Gスマートフォンに搭載しなければならないということが悩みの種だ。

 また5Gスマートフォンメーカーは、品質や放熱性、RFコンポーネントの効率などについて、RFフロントエンドモジュールの性能を低下させる可能性があるのではないかと懸念している。

 さらに、全てのRFコンポーネントに同じ材料や技術が使われているわけではない。前述のように、POIは、フィルターを改善するために採用されている。GaAsはこれまで、パワーアンプ向けの主要材料とされてきたが、多くのパワーアンプメーカーは現在、GaNについて慎重に検討しているところだ。

5Gで変わるRFフロントエンド 出典:Yole Développement(クリックで拡大)

Qualcommは何を使うのか

 5Gモデムで先端を行くQualcommは、5G向けミリ波RFフロントエンドモジュールにどのソリューション(材料)を採用するのだろうか。

 フランスの市場調査会社であるYole DéveloppementのPower & Wireless部門でディレクタを務めるClaire Troadec氏によると、Qulacommは利用可能なオプションを検討した結果、シリコンベースのRFソリューションを選択したという。

 Boudre氏はその理由として、「同社の第1世代の5G向けミリ波RFフロントエンドモジュールだからだ」と指摘している。同氏は、「第3〜第4世代の5GRFモジュールには、恐らくGaN-on-Si技術が適用されるのではないか」と述べている。

GaN-on-SiCとGaN-on-Si

 EpiGaNは、GaN-on-SiCとGaN-on-Siの両方のエピウエハーを開発している。

 2つの違いは何だろうか。

 Piliszczuk氏は、「どちらも同じ市場をターゲットにしている。現時点では、GaN-on-SiCの方がより成熟しているためリードしているが、現在、複数のデバイスメーカーがスマートフォン向けGaN-on-Siソリューションの開発にも取り組んでいる」と説明している。

 同氏は、「GaN-on-SiCは現在、無線通信インフラ(4G/LTE基地局)や防衛、通信衛星など最高の性能と信頼性が必須となるアプリケーションに利用されている。GaN-on-SiCは、5G MIMOインフラの候補としても有力である」と付け加えた。

 Piliszczuk氏によると、「GaN-on-SiはGaN-on-SiCと同様のRF性能を有するが、成熟度が低く、シリコン基板に使用する際に熱的な制約がある」という。

 しかし、SoitecはGaN-on-Siの開発を強気で進めている。これは恐らく、半導体製造にみられる“規模の経済”を活用できるからだろう。Piliszczuk氏は、新しい大量生産・大量消費市場を開拓できると確信している。Soitecによると、200mm GaN-on-Si製品は現在、EpiGaN/Soitecから入手可能だという。「GaN-on-Siは5Gインフラとスマートフォンの有力な候補でもある」(Piliszczuk氏)

 Yole DéveloppementのPower & Wireless部門でRFデバイスと同技術の技術/市場アナリストを務めるAntoine Bonnabel氏は、より慎重な見解を示している。

 同氏はEE Timesに対し、「GaN-on-Siはまだ商用利用できるほど成熟していない。一方、GaN-on-SiCは現在、商用利用されている。両者は、同じアプリケーション(高周波パワーアンプ)をターゲットにしている」と語った。

 Bonnabel氏は、「現時点での問題は、GaN-on-SiC技術がシリコンベースのソリューションに比べて高額すぎることだ。これは特に、大規模MIMO向けの低電力アンプや3GHz未満のパワーアンプで顕著である。また、大規模MIMOのような小電力アプリケーションには適用できない」と述べている。

【翻訳:青山麻由子、滝本麻貴、田中留美、編集:EE Times Japan】

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