Il trasmettitore wireless a 120 Gbps sviluppato dai ricercatori della University of California, Irvine segna una discontinuità netta nel modo in cui vengono concepite le comunicazioni ad altissima velocità. Per la prima volta, un collegamento radio sperimentale riesce a eguagliare e in alcuni scenari superare le prestazioni della fibra ottica commerciale, mantenendo al tempo stesso un consumo energetico compatibile con dispositivi portatili e infrastrutture dense come i data center.
Il risultato, pubblicato su IEEE Journal of Solid-State Circuits, non è un semplice incremento incrementale rispetto al 5G o al Wi-Fi di ultima generazione, ma un vero salto architetturale che aggira uno dei colli di bottiglia storici dell’elettronica ad alta velocità: la conversione digitale-analogica e analogico-digitale.
Cosa leggere
Un chip wireless che viaggia a velocità da fibra
Il cuore dell’innovazione è un chip siliconico operante a 140 GHz, nella cosiddetta F-band, capace di trasmettere dati a 120 gigabit al secondo, pari a circa 15 gigabyte al secondo. In termini pratici, significa poter trasferire più film 4K in un istante, senza ricorrere a cavi in fibra o a complessi cablaggi in rame.
Il confronto con le tecnologie attuali è netto. Le reti 5G mmWave hanno un limite teorico attorno ai 5 Gbps, mentre anche il Wi-Fi 7, pur avvicinandosi ai 30 Gbps in laboratorio, resta lontano da questi numeri e fortemente condizionato da interferenze e consumi. Il transceiver di UC Irvine supera di oltre 24 volte le prestazioni del 5G e si colloca direttamente nella fascia tipica dei link in fibra ottica da data center.
L’eliminazione di DAC e ADC come svolta energetica
La vera chiave tecnologica non è solo la frequenza elevata, ma l’eliminazione dei convertitori DAC e ADC, componenti che nei sistemi tradizionali diventano rapidamente ingestibili all’aumentare della velocità. Nei trasmettitori convenzionali, questi blocchi consumano diversi watt, generano calore e impongono limiti fisici alla scalabilità.
Il team guidato da Payam Heydari ha scelto una strada radicalmente diversa: processare i segnali direttamente nel dominio analogico, sia in trasmissione sia in ricezione. Il risultato è un sistema che raggiunge i 120 Gbps con un consumo complessivo di circa 230 milliwatt, un ordine di grandezza inferiore rispetto alle architetture digitali tradizionali.
Questa scelta non è solo un’ottimizzazione, ma una revisione concettuale del flusso “bits-to-antenna” e “antenna-to-bits”, che consente di aggirare i limiti energetici che oggi frenano l’evoluzione delle comunicazioni wireless ad altissima velocità.
Trasmettitore analogico e modulazione diretta RF
Nel trasmettitore, i dati digitali vengono convertiti direttamente in segnali radio-frequenza, senza passare da uno stadio digitale intermedio. L’architettura utilizza tre sub-trasmettitori sincronizzati, che lavorano insieme per costruire il segnale RF finale con modulazione ad alta efficienza.
Questo approccio consente di sfruttare appieno l’enorme larghezza di banda disponibile a 140 GHz, evitando la complessità e il consumo dei DAC ad altissima velocità. Secondo gli autori dello studio, è come organizzare perfettamente i dati prima della trasmissione, invece di riorganizzarli “in corsa” a costo di potenza e stabilità.
Ricevitore gerarchico in dominio analogico
Sul lato ricezione, il principio è speculare. Il segnale in arrivo viene demodulato in modo gerarchico nel dominio analogico, scomponendo progressivamente l’informazione prima di una digitalizzazione finale minima. Anche qui, l’obiettivo è evitare ADC energivori che, a queste velocità, diventano impraticabili.
Il ricevitore integra amplificatori a guadagno variabile, circuiti di recupero clock e dati ed equalizzatori analogici, riuscendo a mantenere integrità del segnale e stabilità termica anche a 120 Gbps. È una soluzione pensata per scalare, non solo per dimostrazioni da laboratorio.
Produzione su nodo 22 nm e scalabilità industriale
Un altro elemento cruciale è il processo produttivo. Il chip è realizzato su 22 nm fully depleted silicon-on-insulator, una tecnologia matura e relativamente economica rispetto ai nodi di frontiera come i 3 o 2 nm. Questo significa che l’invenzione non è confinata a prototipi costosi, ma potenzialmente producibile su larga scala, un requisito fondamentale per qualsiasi tecnologia destinata a influenzare infrastrutture globali.
La scelta del nodo produttivo rafforza l’idea che l’obiettivo non sia solo dimostrare un record di velocità, ma aprire la strada a una nuova classe di collegamenti wireless utilizzabili in contesti reali.
Data center, città connesse e manifattura automatizzata
Le applicazioni prospettate vanno ben oltre la ricerca accademica. Nei data center, un trasmettitore wireless di questo tipo potrebbe sostituire miglia di cavi in rame e parte delle connessioni in fibra, riducendo costi di installazione, consumo energetico e complessità di raffreddamento. Heydari descrive la tecnologia come una sorta di “cordone patch wireless” capace di offrire prestazioni da fibra senza i vincoli fisici dei cablaggi.
Nelle città connesse e nella manifattura automatizzata, collegamenti wireless ultra-veloci e a bassa latenza permetterebbero a sensori, robot e sistemi di controllo di scambiarsi grandi volumi di dati in tempo reale. Anche l’edge computing per l’intelligenza artificiale potrebbe beneficiarne, riducendo la necessità di spostare dati verso data center remoti.
Un tassello chiave verso il 6G
Non è un caso che la ricerca guardi esplicitamente al 6G. Le autorità di regolamentazione, inclusa la FCC, indicano lo spettro sopra i 100 GHz come una delle frontiere per le reti di prossima generazione. Il lavoro di UC Irvine dimostra che, almeno sul piano circuitale, le prestazioni richieste dal 6G sono tecnicamente raggiungibili senza un’esplosione dei consumi.
Resta aperta la questione della portata, inevitabilmente limitata alle altissime frequenze, ma in scenari densi come campus, fabbriche o data center, questo limite può trasformarsi in un vantaggio in termini di riuso dello spettro e sicurezza.
Ricerca finanziata e prospettive future
Il progetto è stato finanziato dal programma Microelectronics Commons del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, a conferma dell’interesse strategico per comunicazioni wireless ad altissima velocità ed efficienza. I risultati sperimentali dimostrano stabilità, assenza di surriscaldamento e integrità dei dati, elementi essenziali per una futura transizione verso applicazioni commerciali.
La ricerca di UC Irvine non promette semplicemente un 5G più veloce, ma ridefinisce le regole del gioco per le comunicazioni wireless. Se questa architettura analogica riuscirà a scalare e a integrarsi nei sistemi futuri, il confine tra collegamenti cablati e senza fili potrebbe diventare sempre più sottile, fino a scomparire.
FAQ
Che cos’è il transceiver wireless a 120 Gbps di UC Irvine?
È un chip sperimentale che utilizza segnali analogici a 140 GHz per trasmettere dati a velocità paragonabili alla fibra ottica, con consumi energetici molto ridotti.
In cosa supera il 5G e il Wi-Fi attuale?
Raggiunge 120 Gbps, oltre 24 volte le prestazioni teoriche del 5G mmWave e ben oltre i limiti pratici del Wi-Fi, mantenendo maggiore efficienza energetica.
Perché l’eliminazione di DAC e ADC è così importante?
Perché questi componenti diventano estremamente energivori alle alte velocità. Processare i segnali in dominio analogico riduce consumi, calore e complessità.
È una tecnologia pronta per l’uso commerciale?
È ancora in fase di ricerca, ma l’uso di un nodo produttivo maturo e i test di laboratorio indicano un forte potenziale di scalabilità verso applicazioni reali, soprattutto in ambito 6G e data center.
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