現時香港常見的家用光纖寬頻服務，速度通常介乎 1Gbps 到 10Gbps，暫時最高可達 50Gbps，網速已算是相當強勁。不過最近美國加州大學爾灣分校（UC Irvine）就發布最新科研成果，設計出神級「F-Band」無線收發晶片，傳輸速度達到前所未有的 120Gbps，可媲美甚至超越光纖網絡，有望成為未來 6G 通訊的核心技術。
今次研究乃加州大學爾灣分校轄下納米級通訊積體電路實驗室（NCIC Labs）研發，由美國國防部 Microelectronics Commons 計畫資助。團隊於 IEEE: Journal of Solid-State Circuits（JSSC）上發表兩篇論文，分別詳述 Bits-to-antenna（位元到天線）發射器及 Antenna-to-bits（天線到位元）接收器的原理及設計。新研發的晶片會採用 140GHz 超高頻（F-band），實現了高達 120Gbps 的傳輸速度，亦即每秒達 15GB/s，眨眼間就能傳輸多套 4K 電影。
相比之下，我們平常使用中的 5G，速度可能依然介乎幾百 Mbps 到 1Gbps 左右，就算是現時最快的商用無線技術，理論速度亦分別只得約 30Gbps（Wi-Fi 7）及 5Gbps（5G mmWave），由此可見今次發表的新無線技術，網速明顯大幅提升。研發團隊表示，新技術可被喻為 Wireless Fiber Patch Cord，不需要物理電纜或者線路，已經可以提供光纖級超高速傳輸。
《Bits-to-antenna》論文第一作者 Zisong Wang 指出，美國聯邦通訊委員會和 6G 標準組織正計畫將 100GHz 頻譜視為新領域，但要達到如此高速，使用 DAC（數碼類比轉換器）產生訊號的傳統發射器將會極其複雜及耗電。而《Antenna-to-bits》論文第一作者 Youssef Hassan 亦表示，以往摩爾定律認為只要將電晶體做得更細小，就能不斷提速，但在極端速度下，會撞上所謂的「Sampling bottleneck」物理限制，如要將 120Gbps 的訊號數碼化，通常需要極大的 ADC，其高耗電對智能手機來說完全不可行。
因此團隊捨棄了 DAC，改為使用 3 個同步子發射器，直接於射頻（RF）領域建構訊號。《Antenna-to-bits》論文共同作者 Mohammad Oveisi 亦解釋，這種稱為射頻領域 64QAM 的方法，可以令晶片極為高效，傳送更多數據而不會讓裝置過熱。這款晶片只需使用 22nm 的成熟製程配合 FD-SOI 技術生產，毋須動用先進的台積電或 Samsung 2nm 製程，大大簡化生產流程並降低成本，有助於各種電子產品裝置上快速應用與普及。
而且團隊亦表示，新技術足以取代以往數據中心所需的大量纜線，有效降低數據中心的部署和營運成本。但新技術當然也充滿挑戰，以現時 5G mmWave 使用 24.25GHz 至 52.6GHz 高頻為例，其應用範圍只得約 300 米，如日後這項新無線技術使用 140GHz 超高頻，訊號覆蓋範圍會否更細更窄？屆時如何成功部署無線基站都會是一大疑問。
原來有朝一日，無線網絡或許真的能比光纖更快，人類追求速度極限果然永無止境，「只要有夢想，凡事可成真」亦所言非虛。希望未來高速網絡世界可以更快實現，推動更多創新應用發展吧！
來源：加州大學爾灣分校
