Skriv ut

Kraven i mobilstandarderna fortsätter att öka. Men de stackare som utvecklar telefonerna måste leverera mer och mer inom samma ramar. Det berättar Anders Nilsson, en av grundarna av Linköpingsbolaget Coresonic, numera en avdelning på mobikretsjätten Mediatek.

Anders Nilsson höll presentation för en lunchätande publik av studenter och branschkollegor på Mjärdevi Science Park i Linköping i slutet av förra året.

År 2005 var han med och grundade dsp-arkitekturföretaget Coresonic. Det tillhör sedan 2012 den taiwanesiska mobilkretstillverkaren Mediatek, som behållit utvecklingen i Linköping.

Mediatek är aktuell med sin första 5G-processor Dimensity. Inte utan viss stolthet berättar Anders Nilsson om den kravökning mobilmodem upplevt mellan 2G och 5G. Hans siffror är svindlande till den grad att de lockar publiken till skratt mellan falafeltuggorna. Han påpekar ett par gånger att hans kalkyler ger perspektiv men inte ska tolkas alltför bokstavligt. 

Ett modernt modem förbrukar cirka åtta Tops – åtta biljoner operationer per sekund. Det motsvarar en superdator från 2000–2001. En sådan drog sex megawatt och vägde 106 ton.

–Jag har inte med mig någon 5G-telefon idag, men vi har några på kontoret och jag kan avslöja att de inte väger 106 ton och inte drar sex megawatt.

En effektbudget på tre watt är vad hela mobiltelefonen har att leka med, inte bara modemet. Det är för att telefonen blir för varm i handen annars. 

Datatakten i 5G är 480000 gånger högre än i 2G. Anders Nilsson räknar ut att Moores lag bidragit med en faktor på 2700 till detta. Dividera så återstår en faktor på 177 som effektivare implementationer tar äran för.

–Och observera att detta bara är siffror på ren bittakt, som inte tar hänsyn till att algoritmerna som krävs för spektrumeffektiviteten är mer komplexa. 5G försöker att lösa alla utmaningar samtidigt. Det gör vårt liv – intressant, säger Anders Nilsson i en underdrift.

Han pekar ut fem utmaningar som 5G-standarderna lastar på utvecklarnas ryggar: högre datatakt, kortare latens, högre systemkapacitet, högre pålitlighet – till samma pris. 

Samtidigt förblir termiska krav, kostnadskrav och effektgränser vad de är. Och kiselprocesserna har slutat att bli snabbare. 

Rätt knep för att möta detta berg av krav vore egentligen att addera några hårda acceleratorkärnor till modemet. Sådana brukar kunna snabba upp beräkningar med en magnitud.

Men 5G är spretig och fortsätter dessutom att utvecklas. Så 5G-koden måste köras i generella dsp:er. 

Det är i utvecklingen för dessa dsp:er de 25 personerna från gamla Coresonic i Linköping har en central roll. 

Ytterligare tusentals jorden runt är involverade i utvecklingen av hela modemet. Och en ännu större grupp arbetar med telefonens hela systemkrets. Mediatek har spenderat 3,3 miljarder dollar på utveckling för terminalenheter bara till 5G.

Modemet är förresten inte bara ”ett” modem, utan hanterar alla standarder mellan 2G och 5G. Det hanterar flera bärare samtidigt, plus dubbla simkort där det ena kan ansluta till ett 4G-nät och det andra till ett 5G-nät – samtidigt.

Mediateks 5G-krets stöder upp till 4,7 Gbit/s. Men nätverket sätter oftast en snävare gräns genom antalet frekvensband som är tillgängliga där telefonen befinner sig.

–Så klaga inte på oss om du köper en 5G-telefon med vårt chip, och inte får 4,7 Gbit/s –klaga på din operatör!

En intressant spaning som Anders Nilsson bidrar med är att tjänstekvaliteten över 5G globalt i snitt är bättre än över den folk har över sitt wifi hemma.

–Det är lite sorgligt. Men trevligt för oss.

5G sänker responstiden från 40–50 ms i 4G ner till 1 ms i 5G om operatören valt att konfigurera sitt nät på det viset. 

Tekniken bakom detta är lätt att förstå. 4G-radio samplar typiskt i 15 kHz medan 5G kan gå upp till 120 kHz. Tiden som flyter mellan en fråga i tidslucka 1 och ett svar i tidslucka 4 blir helt enkelt kortare. Kommandon kan dessutom sändas tätare i 5G.

Den kortare latensen lägger ytterligare en sten på bördan för utvecklaren. Även om datatakten inte hade höjts, utan bara latensen sänks skulle beräkningskraven ökat – om telefonen ska göra samma uppgift på en 40-del av tiden krävs 40 gånger högre beräkningstakt. 

–Sammantaget är kort latens trevligt och bra för användaren på många sätt. Men det är en plåga för oss.

Bakom 5G-förbättringarna ligger vissa förändringar som användaren inte ens ser. Som förbättrad spektrumeffektivitet. Mellan 2G och 5G har den ökat från 0,17 till 30 bits/s/Hz.

–Vi använder luftens resurser 200 gånger effektivare.

Komplexiteten per behandlad bit har ökat dramatiskt mellan 2G och 5G. Om du tar emot 4,7 Gbit/s i ett modem som är klockat till 1 GHz, så kan du ägna 0,2 klockcykler åt varje bit. 

–Det betyder att du måste ha en maskin med mycket, mycket parallellism. Och skriva din mjukvara varsamt.

Han minns den gamla goda tiden med Coresonics första modem som kunde ägna lyxiga två klockcykler åt varje bit.

Efteråt svarar Anders Nilsson på frågor. Någon undrar över eventuella skador på vävnad från de nya höga 5G-frekvenserna. 

Anders Nilsson känner inte till några studier som hävdar detta. Han påpekar krasst att med de ynka tre watt som mobiltelefonen har att leka med så måste varenda joule tas tillvara. 

–Vi vill inte skicka effekt in i din hjärna. Det slösar energi. 

Kategori: Teknik