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

Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Переходят все границы Переходят все границы

«Ограниченные возможности» – это точно не про них!

Cosmopolitan
Берут – беги Берут – беги

Теневая экономика России настолько велика, что называть ее теневой даже неловко

Esquire
Black Cupro — люди в черном Black Cupro — люди в черном

Однажды в черной-черной комнате встретились двое в черном и замыслили нечто

Playboy
Пот, кровь, слёзы и крест Пот, кровь, слёзы и крест

В конце XI века десятки тысяч людей отправились освобождать Иерусалим

Дилетант
Мы узнали, чего боятся актеры сериала «Колл-центр» Мы узнали, чего боятся актеры сериала «Колл-центр»

Не подпускайте Павла Табакова к муравейникам и не кричите при Полине Пушкарук

GQ
Уроки испанки Уроки испанки

Как экономика переживет «неожиданную остановку»

Forbes
9 изменений после менопаузы — что происходит со здоровьем женщины 9 изменений после менопаузы — что происходит со здоровьем женщины

Менопауза — период, когда нужно прислушиваться к своему телу

Cosmopolitan
Успеть за 15 секунд Успеть за 15 секунд

Людям надоело притворяться – в TikTok они остаются собой

Популярная механика
Поисково-спасательный комплекс «Синяя птица» — ангел-хранитель советских космонавтов Поисково-спасательный комплекс «Синяя птица» — ангел-хранитель советских космонавтов

Без крыльев зато с шестью колесами

Maxim
«Кардинальных географических изменений товаропотоков не будет» «Кардинальных географических изменений товаропотоков не будет»

Президент Crocus Group о перспективах российской экономики

Эксперт
Что такое «психологический возраст» и надо ли взрослеть? Что такое «психологический возраст» и надо ли взрослеть?

Что такое психологический возраст, каким он бывает и от чего зависит

Psychologies
Давид Фонкинос: Две сестры Давид Фонкинос: Две сестры

Первые главы из нового романа Давида Фонкиноса

СНОБ
Счастливы вместе Счастливы вместе

Русская красавица Наташа Поли растит в Амстердаме дочку и сына

Vogue
В России создали алгоритм для перевода старой орфографии в современную В России создали алгоритм для перевода старой орфографии в современную

Алгоритм переводит дореволюционные издания в современный русский язык

Популярная механика
Отмена клеточной смерти нейронов помогла обонятельной системе дрозофил эволюционировать Отмена клеточной смерти нейронов помогла обонятельной системе дрозофил эволюционировать

Для этого насекомые заблокировали программированную клеточную гибель

N+1
«Цены поднимутся на 10-15%»: как рынок электроники отреагирует на ослабление рубля «Цены поднимутся на 10-15%»: как рынок электроники отреагирует на ослабление рубля

Рынок электроники изменит ценники, если курс рубля продержится на текущем уровне

Forbes
Обнуленный президент: что мы теперь знаем о планах Путина после 2024 года Обнуленный президент: что мы теперь знаем о планах Путина после 2024 года

По плану нижняя палата парламента должна была рассмотреть поправки в конституцию

Forbes
«Мы получили странный кризис» «Мы получили странный кризис»

Интервью с экономистом Александром Абрамовым о глобальном экономическом кризисе

Огонёк
10 секретов стройной фигуры, которые знают только врачи 10 секретов стройной фигуры, которые знают только врачи

Забудьте про жесткие диеты и необычные «звездные» системы питания

Cosmopolitan
Должны ли университеты зарабатывать? Концепция «тройной спирали» в российских реалиях Должны ли университеты зарабатывать? Концепция «тройной спирали» в российских реалиях

Университет 3.0 — триединство науки, образования и технологических инноваций

Forbes
Вау-эффект Вау-эффект

Респектабельный, эксцентричный и одновременно гармоничный интерьер

SALON-Interior
7 способов вытащить застрявший автомобиль 7 способов вытащить застрявший автомобиль

Автомобиль увяз в грязи, или в снегу, или в коктейле из того и другого?

Maxim
Как сохранить душевное равновесие на карантине. Советы психологов Как сохранить душевное равновесие на карантине. Советы психологов

Как провести две недели карантина без вреда для психики

СНОБ
Чувство стиля Чувство стиля

Загородный дом в Калининграде в стиле американская классика

SALON-Interior
Она смогла: 10 книг современных женщин, которые вдохновляют Она смогла: 10 книг современных женщин, которые вдохновляют

Книги современных авторов, которые мотивируют на заботу о себе

Cosmopolitan
В чем ценность сексуального интеллекта В чем ценность сексуального интеллекта

Отрывок из книги Марти Кляйна «Сексуальный интеллект»

СНОБ
Авторский дизайн-проект по цене похода в салон красоты: где, как, сколько? Авторский дизайн-проект по цене похода в салон красоты: где, как, сколько?

Для яркого дизайна и хорошего ремонта больше не нужен галактический бюджет

Cosmopolitan
Твое тело – твое дело Твое тело – твое дело

Бодипозитив – это история о любви и принятии

Cosmopolitan
Миллиарды для «Яндекса» и риск ухода Apple: к чему приведет обязательная установка российских приложений на смартфоны Миллиарды для «Яндекса» и риск ухода Apple: к чему приведет обязательная установка российских приложений на смартфоны

Samsung, Huawei и Xiaomi согласились исполнять новый закон

Forbes
Открыть в приложении