الحوسبة
شريحة المستقبل الجديدة لاستقبال 5G تعزز الأجهزة القابلة للارتداء وإنترنت الأشياء
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
قام باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتصميم شريحة استقبال مدمجة منخفضة الطاقة للأجهزة الذكية الصغيرة التي تعمل بتقنية 5G، واعدةً بـ جعلها أكثر كفاءة ووظيفة.
تظهر الشريحة مقاومة كبيرة للتداخل. في الواقع، هذه الشريحة الجديدة أكثر مقاومة للتداخل التوافقي بنحو ثلاثين مرة مقارنةً ببعض مستقبلات الواي فاي الحالية.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن للشريحة تمكين الأجهزة من البقاء لفترة أطول من خلال توفير عمر بطارية محسّن. يجعل ذلك المستقبل الجديد مثالياً للأجهزة التي تعمل بالبطارية إنترنت الأشياء (IoT) مثل منظمات الحرارة الذكية وأجهزة الاستشعار البيئية، بالإضافة إلى الكاميرات الذكية، وأجهزة استشعار المراقبة الصناعية، والأجهزة القابلة للارتداء التي تحتاج إلى تشغيل لفترات ممتدة.
التصميم الابتكاري الرئيسي للمستقبل، إلى جانب آلية الترشيح السلبية، يسمح للأجهزة باستهلاك أقل من ملي واط (ألف من الواط) من الطاقة الساكنة. لا يقتصر ذلك على توفير الطاقة فحسب، بل يمنع أيضًا تشويش الجهاز من خلال حماية كل من مدخل ومخرج مضخم المستقبل من الإشارات غير المرغوب فيها.
نهج جديد آخر اتخذه الباحثون هنا يتضمن ترتيبًا جديدًا للمكثفات المتراصة المشحونة مسبقًا. هذه المكثفات متصلة أيضًا بشبكة من المفاتيح الصغيرة التي تتطلب طاقة أقل بكثير للتشغيل والإيقاف مقارنةً بالمفاتيح التقليدية المستخدمة في مستقبلات IoT.
تم ترتيب كل من المضخم وشبكة المكثفات في المستقبل بعناية للاستفادة من ظاهرة في التضخيم تسمح للشريحة باستخدام مكثفات أصغر بكثير مما هو مطلوب عادة.
هذا يعني أن الأجهزة الذكية مثل الأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة الاستشعار يمكن أن تصبح أصغر مع إطالة عمر البطارية، كما أشار مؤلف الورقة الرئيسي، سوروش أرايي، وهو طالب دراسات عليا في الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب (EECS) في MIT.
علاوة على ذلك، ستكون هذه الأجهزة أكثر موثوقية في بيئات الراديو المزدحمة مثل شبكات المدن الذكية أو أرضيات المصانع. بشكل عام، “يمكن للمستقبل أن يساعد في توسيع قدرات أجهزة إنترنت الأشياء”، حسب قول أرايي.
الورقة التي تتناول تصميم المستقبل الجديد، المسماة “مستقبل N-Path مع كسب معزز وقمع للتناغم باستخدام تمهيد الساعة لتطبيقات إنترنت الأشياء“، عُرضت مؤخرًا في مؤتمر IEEE لتقنيات الدوائر المتكاملة لترددات الراديو.
إعادة التفكير في المستقبل
في جهاز إنترنت الأشياء، يعمل المستقبل كوسيط بين الجهاز وبيئته.
مهمة هذا المكوّن هي اكتشاف الإشارات اللاسلكية المرسلة من قبل أجهزة أو حساسات أخرى، وتضخيمها، وتصفيتها من الضوضاء والتداخل، ثم تحويل تلك الإشارات إلى بيانات رقمية للمعالجة. لذا، للمستقبل تأثير كبير على اتصال جهاز إنترنت الأشياء وكذلك على عمر بطاريته.
عند تصميم المستقبلات، يتركز الجهد على التشغيل منخفض الطاقة والحجم الصغير. يجب أن تكون صغيرة وخفيفة بما يكفي لتناسب مختلف الأجهزة التي تعمل بالبطارية. بالإضافة إلى التكلفة المعقولة لتبني أوسع، تحتاج المستقبلات أيضًا إلى التوافق مع معايير وبروتوكولات اتصال مختلفة وتتمتع بانتقائية عالية لتصفية الإشارات غير المرغوب فيها في البيئات المزدحمة.
عادةً ما تعمل مستقبلات إنترنت الأشياء على ترددات ثابتة وتستخدم مرشحات ضيقة النطاق بسيطة ورخيصة لتقليل الضوضاء. وعلى الرغم من فعاليتها، فإنها لا تتماشى مع التطورات التقنية المستمرة.
مع ظهور تقنية الجيل الخامس (5G) لشبكات الهواتف المحمولة، نحصل الآن على سرعات أعلى، وزمن استجابة أقل، وسعة أكبر مقارنةً بالجيل السابق.
من خلال تمكين الأجهزة ذات القدرة المخفضة التي تكون أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة وميسورة التكلفة، يفتح 5G الأبواب أمام تطبيقات إنترنت الأشياء المبتكرة. ما يعنيه ذلك هو أن الجيل القادم من أجهزة إنترنت الأشياء يحتاج إلى مستقبلات قادرة على العمل عبر نطاق تردد واسع مع الحفاظ على الاقتصاد في الطاقة، وهو ما يُعد “تحديًا كبيرًا جدًا”.
كما أوضح أرايي:
“الآن نحتاج إلى التفكير ليس فقط في طاقة وتكلفة المستقبل، بل أيضًا في المرونة لمواجهة العديد من المشتتات الموجودة في البيئة.”
هذا يعني أن المهندسين لا يمكنهم الاعتماد على مرشحات ضخمة خارج الرقاقة، تُستخدم عادةً في الأجهزة التي تعمل على نطاق تردد واسع، لتقليل تكلفة وحجم واستهلاك الطاقة لجهاز إنترنت الأشياء.
بينما توفر شبكة المكثفات على الرقاقة القدرة على تصفية الإشارات غير المرغوب فيها، فإنها تكون عرضة لنوع خاص من الضوضاء يُسمى التداخل التوافقي، وهو ما عالجته الفِرقة قبل بضع سنوات.
في ورقتهم السابقة، التي نُشرت عام 2023، وضع باحثو MIT الأساس لشريحة المستقبل المبتكرة.
في ذلك الوقت، بنوا شبكة مفاتيح-مكثفات لمعالجة الإشارات التوافقية غير المرغوب فيها في مرحلة مبكرة من سلسلة المستقبل. تم تصفية الضوضاء قبل تضخيمها وتحويلها إلى بتات رقمية للمعالجة.
مع تباطؤ أداء الجهاز بسبب تداخل الإشارات واستنزاف البطاريات، يتركز الجهد الآن على تصميم أجهزة يمكنها حجب الإشارات غير المرغوب فيها بفعالية، وهي مهمة صعبة تتفاقم مع الانتشار الواسع لتقنية 5G والجيل القادم من أنظمة الاتصالات اللاسلكية التي لا يزال تطويرها جارٍ.
لإزالة الحاجة إلى مرشحات ضخمة ومكلفة لحجب مجموعة من الإشارات، طور الباحثون بنية دائرة تحجب الضوضاء عند المدخل دون التأثير على الأداء.
“نحن مهتمون بتطوير دوائر وأنظمة إلكترونية تلبي متطلبات 5G والجيل القادم من أنظمة الاتصالات اللاسلكية.”
– المؤلفة المشاركة نجار ريسكاريميان، أستاذة مساعدة في تطوير المسار الوظيفي في مجال EECS في ذلك الوقت
المستقبل حتى أنه حجب التداخل عالي الطاقة دون إدخال مزيد من الضوضاء إلى معالجة الإشارة. حققت الشريحة أداءً أفضل بنحو أربعين مرة في حجب التداخل التوافقي مقارنةً بالعديد من المستقبلات ذات النطاق العريض، دون الحاجة إلى أي مكونات أو دوائر إضافية، مما سهل تصنيع الشريحة على نطاق واسع.
وفقًا لريسكاريميان، التي تُعد أيضًا عضوًا أساسيًا في مختبرات تكنولوجيا الأنظمة الدقيقة:
“في تصميم دوائرنا، نستمد الإلهام من مجالات أخرى، مثل معالجة الإشارة الرقمية والكهرومغناطيسية التطبيقية. نؤمن بأناقة وبساطة الدوائر ونحاول ابتكار أجهزة متعددة الوظائف لا تتطلب طاقة أو مساحة شريحة إضافية.”
أناقة الهندسة في الشريحة
طور باحثو MIT شريحة المستقبل باستخدام بنية “المُخلط أولاً”. هنا، يتم تحويل إشارة التردد الراديوي (RF) إلى إشارة تردد أقل عند استقبالها من قبل الجهاز، قبل تمريرها إلى المحول.
هذا يسمح بتغطية نطاق تردد واسع مع تصفية الضوضاء القريبة من تردد التشغيل. ومع ذلك، تكون مستقبلات “المُخلط أولاً” عرضة للتداخل التوافقي.
ينتج التداخل التوافقي عن إشارات ذات ترددات أعلى من تردد تشغيل الجهاز. قد يصعب التمييز بين هذه الترددات والإشارة الأصلية عند وقت التحويل.
“العديد من المستقبلات ذات النطاق العريض لا تتعامل مع التوافقيات إلا عندما يحين وقت تفسير البتات. إنهم يفعلون ذلك لاحقًا في السلسلة، لكن هذا لا يعمل جيدًا إذا كان لديك إشارات عالية الطاقة عند ترددات التوافقي. بدلاً من ذلك، نريد إزالة التوافقيات بأسرع ما يمكن لتجنب فقدان المعلومات.”
– أرايي
لذلك، ما فعلته الفِرقة هو أخذ الترشيح الرقمي الكتلي وتكييفه إلى المجال التناظري باستخدام المكثفات.
تُشحن المكثفات عندما تُستقبل الإشارة، ثم تُغلق لتحتفظ بالشحنة لمعالجة البيانات لاحقًا.
يمكن ربط هذه المكثفات بطرق متعددة. ربطها على التوازي هو أحد الأساليب التي تمكّن هذه المكثفات من تبادل الشحنات المخزنة، وعلى الرغم من أن ذلك قد يعالج التداخل التوافقي، إلا أنه يؤدي إلى فقدان الإشارة. خيار آخر هو تكديس المكثفات، لكن هذا وحده لا يكفي لتوفير مقاومة للتداخل التوافقي.
كان الحل في ترتيب المكثفات بدقة شديدة، مما مكن الجهاز من حجب التداخل التوافقي دون أي فقدان للمعلومات.
لم يُجرَ استخدام مشاركة الشحنة وتكديس المكثفات معًا من قبل، حتى اكتشفت الفِرقة فائدتها عند تنفيذها في آن واحد. كما أشار أرايي، فقد “اكتشفوا طريقة للقيام بذلك بطريقة سلبية داخل المُخلط دون استخدام أي مكونات إضافية مع الحفاظ على سلامة الإشارة وتقليل التكاليف.”
عند اختبار الجهاز، الذي شمل إرسال إشارة مرغوبة وتداخل توافقي في آن واحد، وجد الباحثون أن شريحتهم فعّالة في حجب الإشارات التوافقية، مع انخفاض طفيف فقط في قوة الإشارة.
تمكنت الشريحة فعليًا من التعامل مع إشارات أقوى بـ40 مرة مقارنةً بالمستقبلات المتقدمة ذات النطاق العريض السابقة.
انقر هنا لتعرف كيف قد يُمهَّد الطريق إلى الجيل السادس (6G) باستخدام الجرافين.
نحو أجهزة 5G قابلة للتوسع وتستمد الطاقة من البيئة
في أحدث أبحاث هذا الشهر، وسّع باحثو MIT نهجهم. ما فعلوه هو استخدام شبكة المفاتيح-المكثفات كمسار تغذية مرتدة في مضخم ذو كسب سالب. تستفيد هذه التكوينات من تأثير ميلر.
سُمي تأثير ميلر على اسم جون ميلتون ميلر، الذي وصفه لأول مرة في عام 1920، وهو يصف الحالة التي تظهر فيها السعة (القدرة على تخزين الشحنة الكهربائية) بين مدخل ومخرج المضخم كسعة أكبر عند المدخل.
يسمح هذا التأثير للمكثفات الصغيرة بأن تتصرف كأنها مكثفات أكبر بكثير.
“هذه الحيلة تسمح لنا بتلبية متطلبات الترشيح لتقنية إنترنت الأشياء ذات النطاق الضيق دون الحاجة إلى مكونات كبيرة فعليًا، مما يقلص حجم الدائرة بشكل كبير.”
– أرايي
صممت الفِرقة المستقبل بحيث تكون مساحته النشطة أقل من 0.05 مليمتر مربع. كان هناك تحدٍ واحد اضطروا لتجاوزه، وهو تحديد مقدار الجهد اللازم لتشغيل المفاتيح مع الحفاظ على إمداد الطاقة الكلي للشريحة منخفضًا، عند 0.6 فولت فقط.
مع ذلك، إذا كان الجهد المطلوب للتبديل منخفضًا جدًا، قد تُشغل المفاتيح الصغيرة وتُغلق عن طريق الخطأ عند وجود إشارات متداخلة. لهذا، استخدم الباحثون طريقة دائرة خاصة.
الطريقة المسماة “التمهيد بالساعة” تعزز جهد التحكم بما يكفي لضمان عمل المفاتيح بدقة مع استهلاك طاقة وعناصر أقل مقارنةً بتقنيات تعزيز الساعة التقليدية.
تُتيح جميع الابتكارات معًا للمستقبل الجديد أن يستهلك طاقة أقل من ملي واط (mW) مع حجب تداخل توافقي أكبر بكثير من مستقبلات إنترنت الأشياء التقليدية. وفقًا لأرايي:
“شريحتنا هادئة جدًا من حيث عدم تلوث الموجات الهوائية. يأتي ذلك من صغر حجم مفاتيحنا، لذا فإن كمية الإشارة التي يمكن أن تتسرب من الهوائي تكون أيضًا قليلة جدًا.”
تم تنفيذ نموذج المستقبل (RX) بتقنية سيليكون على عازل كامل التفريغ (FD-SOI) 22 نانومتر، بمساحة 0.048 مم² واستهلاك طاقة يتراوح بين 1.27-5.48 ملي واط. يعمل المستقبل عبر نطاق تردد 0.25-3 جيجاهرتز ويحقق نقطة ضغط الحجب 1-dB (B1dB) بقيمة -3/-2 دBm عند التوافقيات الثالثة والخامسة على التوالي. كما يظهر تسرب المذبذب المحلي (LO) عند منفذ الهوائي أداءً متفوقًا مقارنةً بالتصاميم الحديثة، مع أسوأ حالة -73 دBm عبر النطاق الكامل للتردد.
نظرًا لصغر حجمه مقارنةً بالأجهزة التقليدية، واعتماده على مكثفات ومفاتيح مشحونة مسبقًا بدلاً من إلكترونيات أكثر تعقيدًا، قد يكون المستقبل أكثر فعالية من حيث التكلفة في التصنيع.
بالإضافة إلى ذلك، بفضل قدرة التصميم على تغطية نطاق واسع من ترددات الإشارة، يمكن تنفيذ المستقبل على مجموعة متنوعة من أجهزة إنترنت الأشياء الحالية والمستقبلية.
بدعم جزئي من المؤسسة الوطنية للعلوم، طور الباحثون النموذج الأولي ويهدفون الآن إلى تمكين المستقبل من العمل دون مصدر طاقة مخصص. لتغذية الشريحة، يمكنهم الاستفادة من إشارات البلوتوث أو الواي فاي المتوفرة في البيئة.
الاستثمار في سوق الدوائر المتكاملة التناظرية ومختلطة الإشارة
عند الحديث عن الاستثمار في هذا القطاع، تُعد شركة Analog Devices (ADI ) واحدة من أبرز الشركات التي تستحق المتابعة. كأحد اللاعبين الرئيسيين في مجال أشباه الموصلات التناظرية ومختلطة الإشارة، تطور ADI محولات البيانات، والمضخمات، ودوائر التردد الراديوي (RF) ICs، ومعالجات الحافة، وإدارة الطاقة، ومستشعرات أخرى. كما تستثمر في بنى معمارية موفرة للطاقة للأجهزة اللاسلكية.
Analog Devices
إذا نظرنا إلى أداء أسهم ADI في السوق، فهي تتداول حاليًا عند 234.68 دولارًا، بارتفاع 10.46% منذ بداية العام. شهدت أسهم الشركة اتجاهًا إيجابيًا لأكثر من عقد من الزمن، حيث بلغت أعلى مستوياتها التاريخية تقريبًا 244 دولارًا في وقت سابق من هذا العام. حتى بعد الانخفاض إلى ما يقرب من 164 دولارًا في أبريل مع تراجع السوق العام، استعادت أسهمها جيدًا مسجلةً أداءً إيجابيًا بنحو 42.5%.
وبالإضافة إلى ذلك، تمتلك الشركة ربحية السهم (EPS) للـ12 شهرًا الأخيرة (TTM) بقيمة 3.67، ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) للـ12 شهرًا الأخيرة (TTM) يبلغ 64.03. كما تقدم للمساهمين عائد توزيعات بنسبة 1.69%.
فيما يتعلق بالبيانات المالية، أبلغت Analog Devices عن إيرادات بلغت 2.64 مليار دولار للربع الثاني من السنة المالية 2025، الذي انتهى في 3 مايو 2025. مع نمو مزدوج الرقم على أساس سنوي عبر جميع الأسواق النهائية، حققت الشركة تدفق نقدي تشغيلي قدره 3.9 مليار دولار وتدفق نقدي حر قدره 3.3 مليار دولار على أساس 12 شهرًا متتالية.
“قدمت ADI إيرادات الربع الثاني وأرباحًا للسهم فوق الحد الأعلى للتوجيه”، صرح الرئيس التنفيذي فنسنت روش. “في ظل تقلبات التجارة العالمية، يعكس أداؤنا التعافي الدوري المستمر، وقوة ونمو نموذج أعمالنا. يتيح التزامنا الثابت بالابتكار ونجاح العملاء لشركة ADI الاستمرار في توسيع قيادتها في الحافة الذكية المدفوعة بالذكاء الاصطناعي، وتقديم قيمة استثنائية للمساهمين على المدى القريب والبعيد.”
أشار المدير المالي ريتشارد بوتشيو إلى أن الطلب المتزايد الذي سجلته Analog Devices هذا الربع يدعم توقعاتهم للنمو المستمر في الربع القادم ويعزز رؤيتهم “بأننا في مرحلة انتعاش دورية”.
للفصل الثالث من السنة المالية 2025، يتوقعون إيرادات بقيمة 2.75 مليار دولار وهوامش تشغيلية بنسبة 27.2%. من المتوقع أن يكون ربح السهم حوالي 1.23 دولار.
ADI مخطط السعر
خلال الربع الثاني، عادت الشركة بمبلغ 0.7 مليار دولار إلى المساهمين عبر توزيعات الأرباح وإعادة الشراء. كما أعلن مجلس الإدارة عن توزيع نقدي ربع سنوي بقيمة 0.99 دولار للسهم، سيُدفع في 18 يونيو 2025.
يعكس هذا التوزيع زيادة بنسبة 8%، أعلن في فبراير من هذا العام، وهو ما يمثل العام الواحد والعشرين على التوالي لزيادة توزيعات الأرباح. في الوقت نفسه، حصلت الشركة على تفويض لإعادة شراء أسهمها العادية بمبلغ إضافي قدره 10 مليارات دولار.
“نموذج أعمال ADI القوي وسجله في تحقيق نمو مربح يمكّننا من إعادة 100% من التدفق النقدي الحر إلى المساهمين على المدى الطويل.”
– روش
في الوقت نفسه، أطلقت الشركة هذا الشهر صندوق رأس مال مخاطر مؤسسي (CVC) يُدعى ADVentures (ADV) بهدف الاستثمار في فرص ناشئة ستحدد حدودًا جديدة للابتكار والتأثير.
سيركز الصندوق على أفكار ناشئة تطور حلولًا ثورية في مجالات الصحة البشرية، الأنظمة المتقدمة والروبوتات، والطاقة والمناخ، مع اهتمام خاص بمجالات مثل الذكاء الاصطناعي، بنى الحوسبة، أساليب الاستشعار الجديدة، والاتصال الآمن.
في يناير من هذا العام، حصلت Analog Devices أيضًا على دعم من وزارة التجارة الأمريكية، التي وقعت أربعة عقود غير ملزم، وفقًا له ستوفر ما يصل إلى 105 ملايين دولار كتمويل مباشر للشركة. تُعد هذه العقود جزءًا من قانون CHIPS والعلوم، المصمم لتعزيز صناعة أشباه الموصلات المحلية.
مع تركيزها على تمكين الابتكار على الحافة الذكية، سيساعد الاستثمار الشركة على تعزيز تدريب القوى العاملة والشراكات بالإضافة إلى إدارة بصمتها البيئية.
Latest Analog Devices (ADI) Stock News and Developments
Conclusion
مع اعتماد أجهزة إنترنت الأشياء من الجيل التالي لتقنية 5G، تحتاج المستقبلات إلى القدرة على التعامل مع نطاق واسع من الترددات مع استهلاك طاقة منخفض وتكلفة معقولة.
يمكن لتقنية المستقبل المحسّنة هنا أن تؤدي إلى تحسين الاتصال، وإطالة عمر البطارية، وأداء أكثر موثوقية لأجهزة إنترنت الأشياء، مما يفتح المجال لمجموعة أوسع من التطبيقات في مجالات مثل المنازل الذكية، والأتمتة الصناعية، والرعاية الصحية، ومراقبة البيئة.
مع تزايد الطلب على تقنيات مستقبلية موفرة للطاقة ومقاومة للتداخل، يمكن لتصميم MIT المدمج منخفض الطاقة أن يساعد الأجهزة الذكية على تحقيق أداء أفضل ووظائف متزايدة، مما يؤدي إلى أجهزة قابلة للارتداء وإنترنت الأشياء أصغر، وأكثر دوامًا، وعالمًا مترابطًا حقًا!
