高效设备与器件技术

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为了满足超高带宽通信的需要，太赫兹可见光等超高频段通信也广受关注。以太赫兹通信为例，在提供超高带宽和速率的同时，系统功耗也在增加，在拓展新频段的过程中，功耗成为必须要考虑的一个因素。目前太赫兹通信系统存在电子学方式和光子学方式两种不同的技术路径。从器件角度，电子器件在高频通常通过次谐波和高次谐波的方式产生，功耗较高；光子学器件在高频通常采用光电探测器拍频方式产生，由于受到器件量子效率等因素影响，功耗同样相对较高。


从芯片实现角度看， 光子学太赫兹技术能够借助异构集成或异质集成，实现片上光电混合集成芯片，能够最大化降低光电转化带来的功耗。电子学太赫兹目前器件均采用独立封装的方式，未来将逐渐走向集成化，但技术难度相比于光子学较高。同时，光子学和电子学对于采用 InP 的 HEMT、HBT 等工艺的功放均难以进行片上集成。从系统角度，光子学太赫兹相比于电子学太赫兹系统复杂度相对较低，同时，与光网络融合较为容易。未来有望实现光网络与太赫兹无线通信的一体化无缝融合，从组网设计角度降低太赫兹通信系统的功耗水平。


目前，在射频器件中以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体为基础的功放管得到逐步广泛应用。近年来半导体研究领域对氧化镓的研究不断取得进展，使这种第四代半导体的代表材料走入视野，凭借其比 SiC 和 GaN 更宽的禁带、耐高压、大功率等更优的特性，在功率应用方面具有独特优势。碳纳米管是由碳原子构成的石墨片层卷成的无缝、中空管状结构，半导体性碳纳米管具有大长径比、无悬键表面、高载流子迁移率、室温弹道输运等独特结构特征和优异电学性质，因而被认为是十纳米以下高性能、低功耗晶体管沟道材料的有力候选，因此有望用于构建超硅微处理器。


在国家“双碳”战略指引下，我国电力行业将持续加大新能源发电比例，未来 6G 网络也将引入更多的新能源作为供电方式。以光伏为例，可直接采用分布式叠光方案，即充分利用屋顶、柜顶等基站空间，安装光伏组件，或利用引入太阳能清洁能源，通过叠光/纯光方案降低基站市电消耗，提升清洁能源使用占比；或在光伏园区/数据中心，建设自发自用的小型光伏电站，极大程度提高园区/数据中心能源的清洁度。此外，还可以考虑引入移动储能（如电动车）可再生能源等绿色能源为移动网络供电，需要网络支持绿能与传统电能动态协同的移动网络供能机制，大幅降低移动网络的碳排放。


为了提升新能源的应用比例，未来 6G 网络还需支持基于智能控制面的异构移动网络低碳部署与服务架构，面向可再生能量/新能源的智能传输处理算法，利用边缘智能网络节点对可再生能源/新能源供给、无线业务到达和传播环境变化的感知和预测，设计分布式的智能空口传输处理算法，实现复杂环境下传输能耗和处理能耗的折中，在满足业务服务质量和网络覆盖要求的情况下显著降低碳排放量，灵活适配无线资源和卸载业务，保证服务质量，降低整体能耗。此外，风、光、水等清洁能源发电具有间歇性、随机性特点，存在弃风、弃光等问题，同时新能源大量并网也带来了电网功率平衡的挑战。通信运营商具有大量的存量备电、场地等资源，通过数据采集、分析、管理等智能化手段，可实现基站储能与发电网络的协同，解决新能源大量并网带来的电网功率平衡难题，基站储能系统参与电网需求侧服务，实现削峰填谷、调峰、调频等，助力“双碳”目标下以新能源为主体的电网稳定运行。

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