Mạng 5G còn nhiều thách thức

Năm 2019 sẽ là năm của 5G, ít nhất đó là những gì ngành công nghiệp di động đang cố gắng tiếp thị. Chúng ta sẽ chứng kiến sự ra mắt của hàng loạt điện thoại thông minh 5G từ các nhà sản xuất tên tuổi như Samsung, Motorola hay OnePlus và các nhà mạng sẽ trình diễn những điều ấn tượng nhất về công nghệ này. Tuy nhiên, để thực sự phổ cập mạng 5G thì vẫn còn là con đường dài phía trước.

Theo một số chuyên gia nhận định, công nghệ 5G rất ấn tượng nhưng dường như chúng đang được tiếp thị cường điệu. Và cũng thật khó để đưa ra những trích dẫn thực tế như lời tuyên bố của CEO nhà mạng Verizon rằng 5G sẽ “cải thiện đáng kể xã hội toàn cầu của chúng ta”.

Internet di động nhanh hơn đang đến, nhưng người dùng có nên quá quan tâm đến nó vào thời điểm hiện tại hay chưa?

Qualcomm gần đây đã giới thiệu nền tảng di động Qualcomm Snapdragon 855  nhằm thúc đẩy 5G thương mại trong năm 2019, giúp các nhà sản xuất điện thoại tung ra thị trường những sản phẩm smartphone hỗ trợ 5G.

Theo nhiều tuyên bố, các nhà mạng trên thế giới sẽ triển khai mạng di động thế hệ mới vào nửa đầu năm 2019 tại Mỹ, châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Úc và Trung Quốc. Dự kiến đến năm 2020-2021 mạng 5G sẽ được triển khai ở Ấn Độ và Mỹ Latinh.

Ngành công nghiệp viễn thông và di động đang cố gắng cường điệu 5G trở thành The Next Big Thing – Bước nhảy vọt, nhưng phần cứng 5G được thương mại hóa vào năm 2019 sẽ là thế hệ đầu tiên quyết định đó có phải là sự đột phá hay không. Có một điều đáng lưu ý là thời gian đầu, nếu chấp nhận 5G sớm thì người dùng sẽ gặp những rủi ro khi hạ tầng công nghệ mới này chưa được phổ biến rộng rãi, điều mà những lần ra mắt thế hệ “G” đều gặp phải.

5G mmWave: băng tần không giống ai

“5G” là từ được sử dụng đại chúng cho thế hệ tiếp theo của công nghệ mạng di động được ra mắt vào năm 2019.  Toàn bộ kế hoạch đặt tên “G” bắt đầu vào những năm 1990 với sự ra mắt của GSM, được gọi là “thế hệ thứ hai” của công nghệ mạng viễn thông di động. 

GSM đã nâng cấp các mạng đầu tiên từ analog sang kỹ thuật số và các mạng analog cũ đó được đặt tên hồi tố là “1G”. Kể từ đó, chúng ta đã nhận được số “G” mới với các nâng cấp mạng phối hợp chính khoảng 10 năm một lần. Các lần chuyển thế hệ mạng đã mang lại các tính năng quan trọng như tin nhắn SMS, MMS, mạng dựa trên IP và Internet di động, tất nhiên kèm theo đó là tốc độ cao hơn.

Ngày nay, điện thoại thông minh hiện đại chạy trên LTE “4G”, hoạt động ở đâu đó trong phạm vi 450 MHz đến 5,9 GHz. Việc chuyển sang 5G sẽ bao gồm các cải tiến đối với cơ sở hạ tầng LTE hiện có, nhưng phức tạp hơn là bổ sung dải phổ vô tuyến mới trong khoảng 24GHz – 90GHz cho công nghệ mới này.

Ngành công nghiệp viễn thông đã gọi phổ tần 5G mới này là “mmWave” (sóng milimet) và nó sẽ yêu cầu phần cứng thế hệ mới trong thiết bị di động, hạ tầng công nghệ mới của viễn thông và những thay đổi lớn đối với thiết kế mạng cũng như  điện thoại hiện tại.

Chúng ta đã quen với những nâng cấp mạng “G” và đi kèm đó là doanh số hấp dẫn của nhà mạng cũng như các hãng công nghệ, nhưng chuyển sang 5G mmWave không đơn thuần là một cuộc tranh cãi. Vì dải tần mmWave cao hơn đáng kể so với LTE, điều đó có nghĩa là khác biệt với hầu hết mọi hạ tầng mạng trước đây mà chúng ta đã dùng. MmWave phủ sóng và thâm nhập kém hơn so với LTE. Tín hiệu mmWave có thể bị chặn bởi các tòa nhà, cây cối và thậm chí là bàn tay của người dùng. Sóng MmWave không truyền tốt trong mưa hoặc sương mù, và dải ~ 60GHz của phổ này có thể bị hấp thụ bởi oxy.

Với rất nhiều vấn đề cần khắc phục, mmWave có vẻ như là một dải phổ “khủng khiếp” để xây dựng một mạng di động cho đến khi các nhà mạng giải được bài toán 2 điểm mạnh chính: tần số cao hơn có nghĩa là mmWave có nhiều băng thông và độ trễ thấp khi người dùng nhận được đầy đủ mọi giải tần. Hiện tại MmWave không được sử dụng nhiều vì nó rất khó để làm việc với những hệ thống đang có.

LTE ra mắt vào năm 2011, và 7 năm qua thế giới đã chứng kiến sự tiến bộ đáng kể của ngành công nghiệp làm cho phần cứng điện thoại thông minh 4G nhỏ hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn. Với 5G, ban đầu chúng ta sẽ mất rất nhiều thời gian cho việc sự phát triển kỹ thuật, công nghệ phần cứng và bài toán chi phí.

Modem 5G rời rạc, nhiều thành phần hơn, sử dụng nhiều năng lượng và pin nhỏ khó đáp ứng.

Điện thoại thông minh ngày nay hầu như được cung cấp sức mạng hoàn toàn bởi một con chip duy nhất, được gọi là “SoC” hoặc “Hệ thống trên một vi mạch”. Như tên gọi cho thấy, đây là những phần cơ bản nhất cần có để tạo ra một máy tính trên con chip nhỏ xíu. SoC thường có rất nhiều lõi CPU, GPU, “ISP” cho chức năng camera, Wi-Fi, v.v.

 RAM không bao gồm về mặt kỹ thuật trên con chip này, nhưng để tiết kiệm không gian, RAM thực sự được xếp chồng lên trên SoC. Thành phần chính của SoC là bộ lưu trữ và trên bo mạch chủ thường sẽ có một con chip nhỏ để quản lý năng lượng, âm thanh, Bluetooth, NFC và những thứ khác.

Từ đó, công việc của bo mạch chủ là kết nối mọi thứ với nhau đơn giản nhất để điện thoại luôn có thể đầy pin.

Các nhà sản xuất không thể kiểm soát kích thước của các thành phần cốt lõi như SoC, máy ảnh, thẻ SIM hoặc cổng USB nhưng pin thì có thể. Khi nghĩ về “kích thước” trong điện thoại thông minh, bạn nên nghĩ tới “pin”. Bất cứ điều gì trở nên mạnh hơn có nghĩa là tiêu tốn pin hơn

Vài năm gần đây, tất cả các nhà sản xuất điện thoại thông minh đã cố gắng thuyết phục người dùng rằng bạn không cần giắc cắm 3,5mm nữa và lập luận rằng việc loại bỏ chúng có nghĩa là giảm độ phức tạp đồng thời có thêm nhiều không gian hơn cho pin. Giám đốc điều hành Razer, Min-Liang Tan thậm chí còn đưa ra một con số cho lập luận này: ông nói rằng bỏ qua giắc cắm tai nghe trong Razer Phone có nghĩa là công ty có thể tăng dung lượng pin thêm 500mAh.

Tại sao điều này lại quan trọng trong một bài viết về 5G? Câu trả lời ngắn gọn là 5G mmWave sẽ đòi hỏi nhiều về phần cứng hơn 4G, điều này mang đến tất cả các vấn đề về kích thước pin và độ phức tạp của thiết bị.

Lợi thế lớn nhất của Qualcomm trong kỷ nguyên 4G là các modem. Thông qua sự kết hợp giữa bí quyết công nghệ và quyền sở hữu trí tuệ, Qualcomm là nhà sản xuất chip duy nhất có thể kết hợp SoC và modem thành một chip duy nhất và bán nó trên toàn thế giới với giá rẻ.

Giải pháp chip đơn này đem lại một lợi thế rất lớn, cho phép bo mạch chủ nhỏ hơn, ít phức tạp hơn, rẻ hơn và có nhiều chỗ hơn cho pin. Hợp nhất mọi thứ vào một con chip cũng giúp tiết kiệm năng lượng trong khi điện thoại đang hoạt động, vì thông thường, một con chip tốn ít năng lượng hơn hai con chip. Trong nhiều năm, Qualcomm đã tập trung phát triển SoC với modem 4G LTE trên bo mạch , Hãng sản xuất chip này đã tận dụng lợi thế thiết kế  này để chiếm lĩnh thị trường. Ngày nay, với tư cách là nhà cung cấp SoC cao cấp, Qualcomm về cơ bản là độc quyền, với gần như mọi flagship Android sử dụng SoC Qualcomm.

Qualcomm gần đây đã trình diễn SoC Snapdragon 855 cho năm 2019, tuy nhiên hãng sản xuất chip này đã phải tốn nhiều công sức để tương thích 5G với hệ thống cũ. Thế hệ chip mới này không có modem 5G mmWave trên bo mạch mà vẫn trang bị LTE. Điều này đồng nghĩa với điện thoại 5G sẽ cần một modem riêng biệt, Qualcomm sẽ mất lợi thế chip đơn cho 5G. Như đã giải thích ở trên, điều này có nghĩa là điện thoại sẽ có thời lượng pin kém đi khi sử dụng nhiều năng lượng hơn.

Chúng ta có nhiều trải nghiệm về phần cứng mạng ban đầu khi chuyển sang 4G, lô phần cứng 4G mới đầu tiên xuất hiện đã sử dụng modem riêng biệt mà chúng ta sẽ thấy với 5G sắp tới. Ví dụ rõ nhất là HTC Thunderbolt, thiết bị 4G đầu tiên trên mạng của Verizon. Thiết bị này đã sử dụng SoC Snapdragon MSM8655 với modem Qualcomm MDM9600 LTE riêng.

Thunderbolt là một thảm họa, vì nó trang bị tất cả phần cứng 4G mới này chỉ với pin 1400mAh. Điện thoại này dày, nóng, chậm, hay bị lỗi và có thời lượng sử dụng pin thấp khủng khiếp. Thunderbolt thường bị đưa vào danh sách “những chiếc điện thoại tệ nhất mọi thời đại”. Phần cứng mạng mới có thể là một thảm họa nếu các nhà sản xuất đi lại con đường cũ.

Chip 5G thế hệ đầu tiên của Qualcomm

Có thể phần cứng 5G đầu tiên sẽ không tệ như Thunderbolt, đã có rất nhiều thay đổi về thiết kế điện thoại thông minh kể từ đó, nhưng lo lắng về phần cứng mạng mới vẫn còn đó.

Phần cứng mạng 5G được nhìn nhận là mới bởi lần đầu tiên nó được thiết kế đủ nhỏ để lắp bên trong điện thoại thông minh. Các hãng điện thoại sẽ không đợi cho đến khi những con chip đáp ứng tốt các yêu cầu về kích thước để giới thiệu sản phẩm mới trong cuộc đua về công nghệ. Thế hệ smartphone 5G đầu tiên có thể chỉ là sản phẩm mang tính chất tiếp thị nhưng thế hệ tiếp theo có thể sẽ phổ biến hơn.

Hãy so sánh các thành phần bên trong một chiếc smartphone sẽ cần để hoạt động với mạng 4G và 5G. Xét về các chip Qualcomm mới nhất, một chiếc điện thoại 4G 2019 cũng sẽ có Snapdragon 855. Có một modem LTE trên bo mạch trong 855, vì thế chúng không khác nhiều so với thế hệ chip cũ hơn về kiến trúc. Nhưng 5G là một câu chuyện hoàn toàn khác: Smartphone sẽ cần Snapdragon 855, cộng với modem Snapdragon X50 5G, cùng với một loạt các mô-đun ăng ten “QTM052”.

Phần cứng phức tạp hơn với rất nhiều thách thức về thiết kế

Tại Hội nghị thượng đỉnh Snapdragon của Qualcomm ở Hawaii hồi đầu tháng 12, chủ tịch Qualcomm Cristiano Amon đã  giới thiệu về việc xây dựng một chiếc điện thoại thông minh 5G phức tạp đến mức nào. Và cho rằng, 5G sẽ làm tăng độ phức tạp trong thiết kế điện thoại thông minh “theo cấp số nhân”.

Xét thực tế thì điện thoại 5G sẽ không cần Snapdragon 855, modem X50 và mô-đun ăng-ten QTM052 nhưng chúng sẽ cần nhiều chip QTM052. Trang của Qualcomm giới thiệu QTM052 cho biết bạn sẽ cần “bốn mô-đun mmWave được định vị khác nhau” để khắc phục tất cả các giới hạn của mmWave.

Moto Mod 5G của Motorola là sản phẩm 5G đầu tiên được thiết kế nhằm bán ra thị trường, có bốn ăng ten: trái, phải và hai trên đỉnh.

Nhiều ăng ten hơn có nghĩa là các bộ phận bên trong phức tạp hơn và thậm chí còn chiếm nhiều không gian hơn. Nhiều ăng ten 5G được dùng nhằm hỗ trợ kỹ thuật gọi là “định dạng tia 3D”.

Thay vì gửi tín hiệu ra theo sóng, ăng ten dạng chùm có thể xác định vị trí của tháp sóng và sẽ gửi tín hiệu tập trung trực tiếp vào thiết bị. Tương tự, tháp sóng sẽ theo dõi vị trí và gửi tia trực tiếp tới thiết bị. Qualcomm cho biết định dạng chùm tia 3D là một tính năng thiết kế chính của các thiết bị 5G, vì chùm tia tập trung hơn sẽ giúp khắc phục một số vấn đề về phạm vi và thâm nhập của mmWave.

Sự phức tạp này kéo đến tăng giá thành sản phẩm. Giám đốc điều hành của OnePlus, Pete Lau cho biết, 5G khiến smarphone đắt hơn từ 200 đến 300 USD.

5G bao giờ thì sẵn sàng?

Câu trả lời chắc chắn là có rồi, tuy nhiên 5G sẽ cần cho ai và làm việc gì thì nhà mạng và hãng di động chưa nói cụ thể.

Mặc dù có rất nhiều sự cường điệu xung quanh 5G nhưng trên thực tế rất khó xuất hiện việc các modem 2019 có thể tăng 10 lần tốc độ mạng như lời quảng cáo. Theo Qualcomm, modem 4G LTE trên bo mạch của Snapdragon 855 hay chip đơn 5G có tốc độ tối đa về lý thuyết được cải thiện là 2Gbps. Modem X50 5G và hàng loạt mô-đun RF có thể tăng gấp đôi, với tốc độ tải về lý thuyết là 5Gbps.

Cả hai tốc độ được trích dẫn này đều là vận tốc lý thuyết mà bạn sẽ không bao giờ đạt được trong cuộc sống thực, nhưng hãy nhớ rằng bạn chỉ cần khoảng 0,006Gbps để truyền phát video 1080p, 60fps chất lượng cao. Ngay cả những thứ cao cấp, xa xỉ như phát trực tuyến 4K chỉ mất khoảng 0,025Gbps, do đó tốc độ 4G hiện tại là quá đủ cho bất kỳ ai.

Một ngày không xa, khi lượng dữ liệu ngày càng lớn và nhu cầu trao đổi nhiều thì tốc độ Internet nhanh hơn của 5G sẽ có giá trị. Nhưng đối với điện thoại thông minh thế hệ mới thì LTE được tối ưu hóa mới là điều quan trọng nhất chứ không phải là 5G.

Các mạng di động có thể sẽ chuyển đổi sang các mạng thế hệ tiếp theo vào đầu năm sau, nhưng sẽ mất nhiều thời gian hơn để phủ sóng rộng rãi. Bắc Mỹ dự kiến sẽ tăng trưởng nhanh nhất trong việc sử dụng 5G vào năm 2023, Ericsson ước tính gần một nửa số người tiêu dùng trong khu vực sẽ có các lựa chọn cho gói dịch vụ thế hệ thứ năm.

Trong những năm tới, các nhà mạng và nhà sản xuất điện thoại sẽ tìm ra cách tối đa hóa phạm vi phủ sóng, tối ưu hóa thời lượng pin và xây dựng thiết kế hài hòa các thành phần không dây khác nhau nằm trong thiết bị 5G của họ. Một khi quá trình này hoàn thành, giới đam mê công nghệ chắc chắn sẽ mở rộng vòng tay đón nhận công nghệ 5G.

PC WORLD VN, 01/2019

Nguồn: http://www.pcworld.com.vn/articles/cong-nghe/cong-nghe/2019/01/1261448/mang-5g-con-nhieu-thach-thuc/

Comments

comments