Следующий, финальный шаг — терагерцовая связь

ЭкспертHi-Tech

Сети 6G позволят создать киборгов

Лишь только началось внедрение 5G-связи, как стал очевиден ее предел — миру нужны еще более высокие скорости. Следующий, финальный шаг — терагерцовая связь

Заур Мамедьяров

Видеть сквозь стены. Издалека засечь оружие, бомбу и ядовитые вещества. Управлять движением автомобиля силой мысли. И просто передать огромный массив данных за мгновение. Некоторые из этих фантастических возможностей уже испытываются в лабораториях и вполне могут стать реальностью, ответ за сетями будущего — 6G.

В настоящее время требования и спецификация к 6G еще не определены, однако ясно, что будут использоваться еще более высокие частоты, чем в 5G: терагерцовое излучение. Эти короткие (от 1 мм до 30 мкм) волны способны переносить огромный массив информации, дать сверхвысокую скорость передачи данных и энергоэффективность. Терагерцовая связь привлекает внимание ученых уже более полувека, однако активные исследования начались лишь в последние двадцать лет и особенно актуальны сегодня, когда поколение 5G уже вышло на рынок. Если 5G работает на миллиметровых волнах, которые знакомы военным уже десятилетия, то 6G — настоящая электромагнитная целина. Научиться ее использовать — значит перейти к последнему рубежу освоения связи.

Частоты и выше, и ниже терагерц изучены хорошо. Ниже — 5G со всеми сложностями освобождения частот от военных. Выше — ионизирующее излучение, которое разрушает вещество, а значит, не годится. Терагерцовые волны не разрывают молекулы, а воздействуют на них так, чтобы проникать насквозь. Это позволяет передавать данные, даже если между приемником и передатчиком есть препятствие. Подобно рентгену, терагерцовые волны позволяют заглянуть внутрь материи, что может иметь самые разные применения: от военных до медицинских и промышленных (отслеживание дефектов). Кроме того, терагерцовый диапазон на несколько порядков шире, чем у привычной нам мобильной связи, что теоретически позволит достичь скорости передачи несколько терабит в секунду — в десять тысяч раз быстрее домашнего интернета. Этого достаточно, чтобы, например, за секунду скачать 50 фильмов с разрешением 4К.

Атмосферная проблема

Передача информации в мире растет экспоненциально: по прогнозам консалтинговой компании IDC, в ближайшие пять лет объем цифровых данных увеличится в пять раз и достигнет 175 зеттабайт. При этом храниться эти данные будут все больше в публичных облачных хранилищах, что повышает требования к их взаимосвязи и устойчивости. Усугубляет ситуацию и то, что вычислительные возможности компьютеров тоже нащупывают предел. Как следствие, все больше данных обрабатывается с использованием распределенных вычислений (решения выполняются не компьютером, а их связкой). Для этого нужно повышать скорость передачи данных, и дальнейший прогресс может пойти именно по этому пути из-за отсутствия более мощных процессоров.

Грандиозный рост скорости даст новые технологические возможности, в их числе взаимодействие миллионов устройств друг с другом или, например, интеграция деятельности мозга и электроники. От 5G и 6G ждут появления умных городов и виртуальной реальности, киберфизических систем. Между созданием 4G и 5G прошло около десяти лет, и возможности 5G могут исчерпать себя примерно к 2030 году: пятое поколение позволит протестировать технологии автоматизации, но его пропускной способности не хватит для их реального коммерческого внедрения. Например, устройствам виртуальной реальности для полноценного функционирования необходима скорость более 10 ГБит/с, в то время как скорость 5G-интернета — 1–2 ГБит/с.

По оценкам Bank of America, 6G станет одной из 15 прорывных технологий, которые изменят мировую промышленность в ближайшие десятилетия. Шестое поколение понадобится для реализации концепции «интернета всего», полноценного запуска систем беспилотного транспорта, технологий искусственного интеллекта, умных носимых устройств, виртуальной реальности.

Главная проблема 6G — поглощение волн атмосферой. Терагерцовые волны сильно поглощаются кислородом и водяным паром, поэтому передача на большие расстояния затруднена. Как следствие, радиус покрытия таких сетей мал — десятки метров и меньше. Соответственно, потребуются переработка архитектуры сотовой связи и выявление наиболее эффективных частот. Подобная же проблема наблюдается и с сетями 5G, развертка которых пока экономически целесообразна только в крупнейших городах. Возможным решением может быть установка точек доступа в местах наибольшего скопления людей, например в дверях торговых центров, на вокзалах, в узких транспортных потоках, при этом возможно использование движущихся точек доступа и построение сложной динамической сети связи. В такой сети подключение к крупным узлам осуществляется автоматически, данные переадресуются с одного узла на другой, а информация передается лавинообразно — за секунду устройство получает все накопленные за период «вне доступа» данные. Важно, что 6G, как и 5G, становится надстройкой на существующей сети и, вероятно, будет работать в основном не для людей, а для умных машин.

Исследования и разработки 6G уже ведутся в Европе и в Китае. В конце января о стремлении развернуть 6Gинфраструктуру к 2030 году заявила Япония. А в декабре на фоне проблем с выделением частот для 5G в России президент МТС Алексей Корня предложил «начать думать уже не про 5G, а сразу про 6G», чтобы не отстать от развитого мира. «Когда мы будем готовы к 5G, весь мир будет на 6G», — пояснил президент МТС. Напомним, что в лидерах по 5G сейчас Китай: в конце прошлого года три китайских телеком-оператора запустили 5G-связь в 50 городах, образовав крупнейшую в мире коммерческую сеть пятого поколения.

Нужна новая электроника

Оборудования для 6G пока не существует: создание сетей в терагерцовом диапазоне может потребовать прорывов в материаловедении, новых вычислительных архитектур, микрочипов и новых способов связи с источниками энергии. Стандарту связи шестого поколения не подходит привычная микроэлектроника, в которой для передачи данных используются электрические соединения: электрические каналы не могут обеспечить достаточно высокой скорости. 6G нужна оптоэлектроника — в ней данные передаются с помощью фотонных (световых) соединений.

Перспективным рынком оптоэлектронных компонентов для 6G и интернета вещей уже заинтересовался российский Сколтех. В начале февраля он предложил создать на своей территории центр по производству оптоэлектроники. На создание такого центра запросили 26,9 млрд рублей, источник финансирования пока не найден. На первом этапе планируется создать инфраструктуру для разработки и внедрения компонентной базы (9,2 млрд рублей), на втором — запустить мелкосерийное производство (17,7 млрд). Согласно проекту, в рамках центра будет создана рабочая группа ученых из десяти научно-исследовательских институтов и девяти производственных компаний, в числе потенциальных участников — Т8, «Крокус Наноэлектроника», профильные подразделения «Ростеха» и «Росатома», МГУ, МФТИ, МИФИ, ИТМО.

Китайские ученые из университетов Цинхуа и Гонконгского университета науки и технологий считают, что архитектура 6G-сети будет умной и гибкой, а основой для нее станет сеть из множества подсетей. По мнению исследователей, каждая подсеть будет собирать и анализировать локальные данные, а затем самостоятельно обновляться на основе методов ИИ. Так, с помощью дескриптивной аналитики больших данных подсети будут собирать и изучать данные о трафике и состоянии сетей, диагностическая аналитика позволит выявлять сетевые ошибки, с помощью предиктивной аналитики будут делать прогнозы о поведении пользователей, а прескриптивная аналитика будет использоваться для повышения эффективности сети.

В лидерах — Китай, Япония и Европа

Первой в мире страной, где стартовала исследовательская программа по разработке сетей 6G, стала Финляндия. Финская программа рассчитана на восемь лет, объем финансирования — 285 млн долларов. Половина средств поступит из государственного бюджета, а вторую часть выделят отраслевые партнеры. Над разработкой 6G-сетей трудятся 300 ученых из финского Университета Оулу, которые до этого сыграли важную роль в разработке стандарта 5G. К работе финнов в области 6G подключился и южнокорейский государственный исследовательский институт ETRI: в июне стороны подписали меморандум о сотрудничестве. «Южная Корея, которая первой начала коммерциализацию мобильных услуг 5G, и Финляндия, возглавляющая исследования в области 6G, — идеальные партнеры», — заявил президент Южной Кореи Мун Чжэ Ин после подписания документа.

В марте 2019 года в Финляндии уже прошел научный саммит по технологиям 6G. Правда, и сами ученые пока не вполне понимают, что будет представлять собой новый стандарт связи. «Я не знаю, что такое 6G. Никто не знает», — признается доктор Ари Поутту, профессор Университета Оулу и заместитель директора флагманской программы Финляндии по развитию 6G.

В борьбу за рынок 6G вступил и Китай, уже завоевавший лидерство в разработке и внедрении пятого поколения связи: в ноябре страна официально объявила о начале исследований и разработок в области 6G. Китайское министерство науки и технологий создало две рабочие группы: в одну из них входят представители профильных ведомств, а во вторую — сотрудники 37 университетов, научных институтов и технологических компаний. Заместитель министра науки и технологий Ванг Си подчеркнул, что 6G находится на «начальной стадии, технический маршрут еще не ясен, а ключевые показатели и сценарии применения не стандартизированы и не определены». Он добавил, что Китай должен придавать большое значение развитию 6G, координировать его планирование, эффективно его продвигать и быть открытым для инноваций в этой области.

Еще за два месяца до официального запуска исследований китайским правительством глава Huawei Жэнь Чжэнфэй заявил, что его компания уже ведет разработки в области 6G. По его словам, Huawei параллельно работает над 5G и 6G, однако в отличие от более раннего поколения связи новейшей технологии пока еще далеко от коммерциализации. По оценкам Жэня, до внедрения 6G еще как минимум десять лет.

Не намерена отказываться от перспективной технологии и Япония, недовольная своим отставанием во внедрении 5G. В январе этого года была опубликована японская стратегия развертывания сетей 6G к 2030 году. Правительство страны планирует инвестировать в исследования и внедрение новой технологии более двух миллиардов и заранее выделить частоты, необходимые для стандарта шестого поколения. Министерство внутренних дел и коммуникаций Японии сформировало экспертное сообщество во главе с учеными из Токийского университета, в которое также вошли представители технологических компаний Toshiba и NTT.

США в гонке за 6G пока ограничились громкими заявлениями, зато на самом высоком уровне: Дональд Трамп в своем твиттере заявил, что хочет внедрить и 5G, и 6G как можно быстрее и американские компании должны приложить максимум усилий, чтобы не отстать. Пока что об их усилиях в области сетей шестого поколения ничего не известно.

Киборги, автономные роботы и виртуальная реальность

Каждое поколение связи создает новые технологические возможности и новые рынки. Стандарт 3G подтолкнул интернет-торговлю, 4G ознаменовал начало эры смартфонов, стимулировал развитие мобильных платежей и породил целую плеяду новых компаний, в числе которых Uber, Airbnb и бесчисленные цифровые платформы. 5G, как ожидается, даст старт цифровой экономике и умному производству. Внедрение 6G должно стать началом эпохи принципиально нового потребления и передачи информации. И дело здесь не только в возможности скачать фильм за мгновение ока.

Наиболее привлекательное и фантастическое применение 6G — уничтожение барьеров между физическим и цифровым миром. Терагерцовый диапазон сделает возможным нейрокомпьютерный интерфейс, то есть позволит связывать человеческий мозг непосредственно с компьютером и превращать мозговые импульсы (мысли и эмоции) в цифровые сигналы. Раньше нейрокомпьютерные интерфейсы всерьез разрабатывали только в медицинских целях: в частности, чтобы пациент мог контролировать протез. Но беспроводная терагерцовая связь сможет сделать прямой диалог с компьютером частью нашей повседневной жизни. Люди смогут взаимодействовать с окружающим миром, используя носимые или имплантированные устройства, с помощью эмоций управлять компьютерами. Иными словами, мы сможем стать киборгами, объединяющими в себе биологические (наши бренные тела) и механические (встроенная электроника) детали.

Шестое поколение связи с его высокой скоростью и низкой задержкой передачи данных сделает возможным полноценное использование мультисенсорных XRприложений (приложений смешанной реальности), объединяющих в себе возможности виртуальной и дополненной реальности. В результате мы получим полное иммерсивное погружение в виртуальную реальность, задействующее сразу все органы чувств. Можно будет провести собрание в виртуальном конференц-зале, отправить на встречу свою голографическую проекцию — все это не выходя из дома.

С появлением 6G станут реальностью автономные группы роботов. Подобные роевые системы взаимодействующих между собой устройств создаются уже сейчас (см. «От роя к социуму роботов», «Эксперт» № 43 за 2019 год), однако пока что не выходят за пределы лабораторий — в том числе из-за недостаточной скорости связи и задержек сигнала. Другое дело 6G и его терагерцовый диапазон: роботы смогут реагировать на происходящее в режиме реального времени. Именно в таких условиях могут стать реальностью полностью автономные транспортные системы, умные дома и города.

Одной из альтернативных концепций цифрового мира может быть создание единой планетарной связи на базе проектов вроде Starlink от SpaceX. В такой концепции в космосе постоянно находятся тысячи спутников, которые обеспечивают повсеместную связь. Однако уже сейчас ясно, что, если удастся разрешить атмосферную проблему и создать оборудование 6G, терагерцовые волны вполне могут обессмыслить космическую связь. Учитывая заключенные контракты Starlink и OneWeb, в ближайшее десятилетие технологическая траектория может пойти по космическому пути, но целина терагерцового диапазона в любом случае будет возделана.

Фото: Юрий Смитюк/ТАСС

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Наполеон: в императоры из республиканца Наполеон: в императоры из республиканца

Диктатура Наполеона слишком изменила и страну, и народ

Дилетант
Курс немецкого Курс немецкого

Автопутешествие по весенней Германии: что можно увидеть из окна?

Cosmopolitan
Идлибский капкан Идлибский капкан

Как «заклятые» друзья Россия и Турция оказались на грани военного конфликта

Эксперт
Почему путешествовать с маленькими орущими детьми на самом деле круто Почему путешествовать с маленькими орущими детьми на самом деле круто

Несколько историй от молодых родителей о поездках с грудными детьми

GQ
Дух сыра Дух сыра

Деликатес, который всегда с тобой

Огонёк
Сергей Янчуков: «Деньги здесь не быстрые, но мы осознанно инвестируем миллиарды» Сергей Янчуков: «Деньги здесь не быстрые, но мы осознанно инвестируем миллиарды»

Что такое развивать бизнес в забайкальской тайге и как помогает государство

Forbes
Неизбежный крах Неизбежный крах

Почему автопром не переживет массового распространения электромобилей

Forbes
Промышленность — за гендерный баланс: Polymetal, «Норникель» и Deloitte запустили проект поддержки женщин Промышленность — за гендерный баланс: Polymetal, «Норникель» и Deloitte запустили проект поддержки женщин

Проект для поддержки развития женщин в горнодобывающей промышленности WIM Russia

Forbes
Дисней, Миядзаки, Петров и еще 5 мультипликаторов-революционеров Дисней, Миядзаки, Петров и еще 5 мультипликаторов-революционеров

Художники-аниматоры — настоящие экспериментаторы и творцы

РБК
Неувольняемые: кому всегда будут платить миллионы на рынке труда Неувольняемые: кому всегда будут платить миллионы на рынке труда

Навыки продуктивного нетворкинга станут ключевым преимуществом в бизнесе

Forbes
Обед с Портосом Обед с Портосом

Постные фрикадельки для жизнелюбов и гурманов

Огонёк
7 документальных фильмов о моде, которые можно посмотреть онлайн 7 документальных фильмов о моде, которые можно посмотреть онлайн

От кроссовок Джеффа Голдблюма до фабрик в Бангладеш

GQ
«Они постараются нас убить»: что будет с миром, если мужчины станут «слабым полом» «Они постараются нас убить»: что будет с миром, если мужчины станут «слабым полом»

Отрывок из нового романа Наоми Алдерман «Сила»

Forbes
Разговор на чистоту Разговор на чистоту

Важные вопросы по очищению кожи лица

Yoga Journal
Уравнение шансов. Как работают российские лотереи Уравнение шансов. Как работают российские лотереи

Шесть лет назад в России запретили все негосударственные лотереи

СНОБ
«Временная заплатка, которая вызовет шквал банкротств»: что значат для малого бизнеса меры поддержки от Путина «Временная заплатка, которая вызовет шквал банкротств»: что значат для малого бизнеса меры поддержки от Путина

Forbes узнал у экспертов, почему озвученных президентом мер поддержки не хватит

Forbes
«Это смягчение наказания» «Это смягчение наказания»

Можно ли переформатировать исправительные учреждения в самоокупаемые предприятия

Огонёк
Вне системы Вне системы

Актриса Ольга Сутулова в профессии набирает и набирает обороты

OK!
Хороша Маша Хороша Маша

Маша Янина наследовала любовь к моде от мамы-дизайнера и сама рвется в стилисты

Vogue
#LOVEIS… #LOVEIS…

Любовь бывает разная: братская, родительская или супружеская

Grazia
Компьютерное зрение, роботы и новые виды терапии. Как сегодня лечат рак Компьютерное зрение, роботы и новые виды терапии. Как сегодня лечат рак

Практикующие эксперты-онкологи об эффективных инновациях в лечении рака

СНОБ
Спасение предпринимателей: какие меры помощи вводят правительства стран Европы, США и России в условиях кризиса Спасение предпринимателей: какие меры помощи вводят правительства стран Европы, США и России в условиях кризиса

Коротко о главных инициативах поддержки малого и среднего бизнеса

VC.RU
24 часа с Quest Pistols Show 24 часа с Quest Pistols Show

Участники группы Quest Pistols Show провели с Cosmo день, полный ЗОЖ-приключений

Cosmopolitan
Написанному (не)верить Написанному (не)верить

Мастер-класс по вдумчивому чтению этикеток от косметолога и блогера Алены Эко

Добрые советы
Анат Гайгер: «Когда есть танец энергий Инь и Ян — случается магия» Анат Гайгер: «Когда есть танец энергий Инь и Ян — случается магия»

Анат Гайгер, преподаватель направлений Хатха, Виньяса, Инь-йога

Yoga Journal
Российская часть Баренцева моря оказалась одним из самых загрязненных пластиком мест планеты Российская часть Баренцева моря оказалась одним из самых загрязненных пластиком мест планеты

Микропластик принес Гольфстрим, воды которого движутся к Арктике

National Geographic
7 рекламных роликов в жанре хоррор 7 рекламных роликов в жанре хоррор

Каннибализм, экзорцизм, лоботомия и другая чертовщина в рекламе обычных вещей

Maxim
Кулинария как точная наука: как приготовить шоколад Кулинария как точная наука: как приготовить шоколад

История шоколада насчитывает почти три тысячелетия

Популярная механика
Манул-«Партизан» Манул-«Партизан»

Экспедиция по Горному Алтаю в поисках краснокнижного манула

Наука и жизнь
Когда жена — нарцисс: 7 опасностей, подстерегающих в отношениях Когда жена — нарцисс: 7 опасностей, подстерегающих в отношениях

Чем череваты отношения с женщиной-нарциссом?

Psychologies
Открыть в приложении