И зачем нам эта гонка…

В июне наш журнал и кафедра РВК в МФТИ провели серию онлайн-встреч с экспертами под общим названием «С концом спокойной эпохи! Технологии посткризисного мира». Одна из них была посвящена перспективам развития сетей 5G в России, о чем рассказал Виталий Шуб — руководитель лидирующего исследовательского центра по технологиям 5G на базе Сколтеха, заместитель руководителя центра компетенций НТИ «Технологии беспроводной связи и интернета вещей». Мы понимаем, что далеко не все наши читатели могут провести полтора часа у компьютера, слушая лекцию. И мы решили опубликовать ее сокращенную стенограмму.

 

— А зачем нам эта гонка — 4G? 5G?

— Это совершенно нормальное развитие. Дело в том, что сотовые сети являются сетями делимого ресурса. Именно их качество определяет смену поколений. Сначала сотовые сети развиваются по так называемой S-образной кривой. Когда они создаются, они работают по схеме: спрос, стимулируемый предложением, постепенно начинает расти абонентская база, она растет, растет, увеличивается проникновение новых услуг в абонентскую базу. В какой-то момент это становится уже рутиной, и телефоны нового поколения оказываются на руках у большинства. А дальше сотовая сеть начинает просто затыкаться, особенно в часы максимальной нагрузки, потому что все начинают качать видосики, общаться в видеочатах и так далее. И в этот момент приходит время нового поколения, которое должно за счет большей пропускной способности расшить эти узкие места и дать людям возможность наращивать объем потребления трафика.

Конспективно: первое поколение сотовой связи — это, по сути дела, портативные рации, второе поколение — цифровой голос, СМС, скачивание маленьких картинок, чаты. Третье поколение — мобильный интернет, а четвертое дало широкополосную мобильную связь для всех. И оно, в принципе, создало феномен массового, всеобъемлющего, всепроникающего мобильного интернета, который может работать в том числе с широкополосными мультимедийными услугами. Но эти сети тоже стали затыкаться. Растет доля видеотрафика. Все эти Инстаграмы, Тик-токи, Ютьюбы и так далее. Но проблема — техническая. Во-первых, видеотрафик не сжимается, не мультиплексируется, в отличие от голоса его нельзя уплотнить. Что было хорошо в поколениях сотовой связи, которые работали с голосом? Голос состоит в основном из пустот, из молчания. И голосовые каналы можно очень эффективно сжимать, не теряя качества голоса. И таким образом можно было уплотнять, и уплотнять, и уплотнять сети, и качество голоса от этого не страдало. Видеоканалы уплотнить невозможно. Они не сжимаются, как вода. То есть, если они суммируются в сети, они суммируются по принципу 1 + 1 + 1 + n. Но хотя абонентская база стабильна, это все те же самые 145 миллионов плюс роумеры, непрерывно растет разрешение видеокартинки. Причем оно растет со страшной скоростью. Телевизионная картинка становится тяжелее в 4–8–16 раз. То есть видеотрафик, который мы генерируем, по мере роста разрешения непрерывно становится тяжелее. А у сетей есть предельная пропускная способность, она фиксированная.

И именно видео сейчас является мотиватором и стимулом развития сотовой сети и создает эту самую гонку. Вот почему сейчас необходимо переходить от сетей четвертого поколения к сетям пятого поколения. Сети четвертого поколения уже справляются с трудом. Это стало видно в ситуации пандемии. Она как лакмусовая бумага, как стресс-тест показала истинную роль, место и ценность телекоммуникационной инфраструктуры в жизнеобеспечении государства.

Но пока в России сетей 5G нет. Они не разрешены, потому что для них не выделены частоты, и регулятор не дал сотовым операторам разрешения на рефарминг и технологическую нейтральность для переиспользования сетей второго, третьего или четвертого поколения для пятого поколения. Мы в Сколтехе сейчас строим пилотную сеть, достаточно большую, на частотах, которые дали нам, которая должна покрыть большую часть Сколково. Но все эти сотовые сети могут строиться только тогда и там, где это разрешает регулятор.

— И все эти усилия по развитию 5G, чтобы лучше картинка была у меня на смартфоне?

— Нет. Пятое поколение, помимо того что оно будет иметь большую пропускную способность, это будет первое поколение сотовой связи, которое можно будет использовать для мониторинга и управления технологическими процессами в реальном времени, с задержками от 1 до 10 миллисекунд. Это принципиальная возможность, потому что до этого все сотовые сети в основном использовались либо в резидентском, либо в корпоративном сегменте. Они не использовались в промышленности, потому что во всех сотовых сетях, вплоть до четвертого поколения, нет такого параметра, который называется «гарантированная скорость реакции сети» или «время прохождения сигнала».

Вы не можете у сотового оператора купить сервис и сказать: вы знаете, я буду за него платить только в том случае, если сигнал будет проходить быстрее, чем 100 миллисекунд туда и обратно. Вас пошлют. Потому что сети этого гарантировать не могут. В пятом поколении впервые это требование вводится. Поэтому пятое поколение автоматически расширяется на индустриальный технологический сегмент, сегмент беспилотных летательных аппаратов, сегмент управляемых машин, самоуправляемых машин, безлюдных заводов и так далее.

В принципе, я ожидаю, что параллельно идет очень быстрое создание микродисплеев сверхвысокого разрешения, которые обеспечат самое высокое качество картинки. Это наше светлое будущее, оно ужасно, потому что в отличие от ситуации сейчас, когда люди сидят и ковыряются пальцами в своих смартфонах, это будут просто тупые, безразличные лица с масками ER/VR-гарнитур, надетых на них, и это будущее выглядит совершенно кошмарно. Я надеюсь, мы как-нибудь справимся, переживем это, как и все предыдущее.

— И как же вы в своем центре решаете задачу перехода к 5G?

— Мы пошли от рынка. Первым делом мы создали так называемый клуб 5G на базе Сколково, в котором принимают участие все крупнейшие сотовые операторы страны, то есть «большая четверка» плюс «Ростелеком», и производители локального оборудования, которые хотели бы участвовать в наших работах по созданию локализованного решения для сети пятого поколения.

Первое, что мы сделали, — собрали с операторов их представления об идеальном продукте, который они хотели бы получить, как он должен выглядеть, какими характеристиками обладать, какие у него должны быть технические характеристики, каковы ценовые предпочтения. То есть что, с их точки зрения, является решающим фактором при принятии решений при выборе и закупке конкретного оборудования. И они с нами были откровенны, потому что мы нейтральны, мы равноудалены ото всех. Мы не ангажированы ни производителями оборудования, ни операторскими компаниями, ни финансовыми центрами. Мы можем позволить себе роскошь быть абсолютно нейтральными и независимыми.

Сейчас мы на основании тех данных, которые мы получили от «большой пятерки», создали идеализированный образ этого продукта. И начинаем его планомерно воплощать в софте и харде, то есть в программном обеспечении и в компонентной базе.

И сейчас мы создаем прототипы, совершенно откровенно и открыто, в диалоге со всеми сотовыми операторами, в диалоге с нашими индустриальными партнерами — производителями оборудования. Предполагается, что в дальнейшем они это оборудование будут производить серийно и предлагать всем сотовым операторам. А этом смысл деятельности лидирующего исследовательского центра. Мы должны создать систему радиодоступа пятого поколения, которая работала бы на максимально локализованной компонентной базе и программном обеспечении, то есть была бы максимально независима от любых санкционных воздействий и запретов. С которыми я очень сильно нахлебался на предыдущем месте работы после Крыма. После того как мне показали зубы западные и восточные производители, я понял, что что-то надо в консерватории менять. Это и дало толчок всем этим работам.

Мы постоянно консультируемся с сотовыми операторами, мы постоянно получаем от них обратную связь: что им нравится, что им не нравится, что бы они хотели видеть. Причем мы суммируем и интегрируем их мнение. У каждого из них есть определенные предпочтения. Они все работают на конкретном оборудовании, к которому у них есть конкретные претензии. Они прекрасно видят в процессе эксплуатации сильные и слабые стороны этого оборудования. И мы с ними работаем над тем, чтобы создать идеализированное, максимально оптимизированное решение.

— А как, скажите, это универсальное решение, которое вы пытаетесь создать, соотносится с конкуренцией? И кому будут принадлежать права на эти разработки?

— Дело в том, что мы идем в очень жестком в коридоре, который описан нашим контрактом с РВК. Там четко прописаны наши права и обязанности. И четко прописан наш механизм как будущего лицензодателя лицензии на выпуск определенных ключевых компонентов программного кода и железа конечным индустриальным партнерам и производителям оборудования. Мы по определению должны будем эти лицензии предлагать и продавать. И мы заранее, уже сейчас, ищем такие решения на рынке, которые, будучи транслированы им, не создадут дополнительной большой финансовой нагрузки по стоимости лицензий и позволят производителям предлагать минимальную цену уже их клиентам — операторам сотовой связи. То есть мы уже на рынке начинаем выбирать решения, которые создадут минимальную финансовую нагрузку на наших индустриальных партнеров, когда мы начнем им с какой-то маржей — это коммерческий процесс — продавать соответствующие лицензии.

— Одно из применений, которое обещают нам с приходом 5G, —умные города. Это миф или реальность?

— Это не миф и не реальность. «Умный город» — это технологический термин, который обозначает, по сути дела, подключение объектов коммунальной инфраструктуры на всех уровнях, начиная с муниципальной инфраструктуры и домовладения, к узким или широкополосным сетям, которые позволяют собирать информацию с различных устройств, датчиков, а также генерировать управляющее воздействие, этими устройствами управлять. Эта концепция непрерывно совершенствуется, и уже очень давно нет никаких проблем любой город на планете сделать умным. Это стало до такой степени рутиной и до такой степени банальным процессом, что это вопрос не технологий, а исключительно денег. Как только волокно, как, например, в Москве, проникает в каждую квартиру, дальше проблема умного города решается сама собой. У вас появляется универсальная среда, без ограничений по пропускной способности, к которой можно подключить любой датчик, любую систему сигнализации, по которой можно выдать управляющее воздействие на что угодно. Можно, скажем, дистанционно перекрыть газ, отключить электричество. Технологически концепция «умный город» уже идеально обкатана, она реализована в очень простых оконечных устройствах, которые умеют снимать показания, передавать их в центры считывания показаний и, в свою очередь, получать управляющее воздействие и на это как-то реагировать.

— Вот вы упомянули компонентную базу, а насколько Россия сейчас независима в этом плане?

— Ответ: нинасколько. Наша собственная промышленность компонентов была почти полностью изничтожена. И сейчас мы работаем с консорциумом производителей элементов компонентной базы, для того чтобы они готовились локализовать производство этих компонентов, поскольку все сразу они сделать не могут.

Только один технологический процесс в мире определяет положение страны в табели о рангах — ведущая она или ведомая. Это процесс фотолитографии высокого разрешения, которая обеспечивает производство интегральных схем, с очень высокой плотностью компоновки. Технология фотолитографии высокого и сверхвысокого разрешения, то, что сейчас называется EUV — Extreme ultraviolet, сейчас является ключевой. И, например, тот бой, который идет между Штатами, и Huawei, — это бой вокруг одного-единственного технологического процесса — процесса фотолитографии сверхвысокого разрешения, локализованного в нескольких странах мира, но не в Китае, который оказался в состоянии предельной уязвимости. И по этой уязвимости сейчас бьют изо всех сил. И Россия в этом плане тоже находится в крайне уязвимом положении. Фактически тридцать лет шло уничтожение производства ЭКБ, а сейчас, когда ситуация переменилась и возникла необходимость в ней, выяснилось, что ее нет.

Причем сейчас поставки в Россию даже тех компонентов, которые формально не считаются санкционными, блокируются американскими компаниями, потому что американские компании всегда стараются быть более патриотичными, чем самые патриоты. И это очень серьезная проблема.

— И что же теперь делать?

— Мы ищем решения, которые имеют минимальный риск быть перекрытыми в дальнейшем. То есть мы сейчас практически занимаемся тем, что называется хеджированием рисков. Мы вычисляем ту элементную компонентную базу, которая будет иметь минимальную вероятность санкционных перекрытий и запретов.

Мы работаем с нашими индустриальными партнерами практически в ежедневном режиме консультаций и согласований, мы вместе с ними нащупываем оптимальную комбинацию программных продуктов, элементной компонентной базы, микросхем и так далее, которая нам даст работающее решение. Потому что им это работающее решение в дальнейшем придется ставить на конвейер и продавать. И они имеют абсолютно такое же право голоса в принятии решений, выборе тех, или иных продуктов, как и наши разработчики. Мало того, в ряде случаев их мнение даже решающее, потому что если они говорят: ребята, этот продукт мы скорее всего не сможем купить, или не сможем купить в больших количествах, или он настолько дорог, что неприемлемо потянет стоимость всей разработки на выходе, запредельно дорог для моих потенциальных покупателей, то есть для сотовых операторов, — мы говорим: о’кей, значит нам надо рассмотреть какой-то другой вариант, потому что этот вариант неприемлем, скажем, по финансовым соображениям. И это диалог, который он ведет постоянно. Практически это единая команда из трех центров компетенций, даже из четырех, которые работают вместе, непрерывно обмениваются информацией и вот это вот лепят на ходу.

— Мир не успел развить сети 5G, а уже говорят о 6G. Для чего нужно еще и шестое поколение сетей?

— На самом деле деление поколений в сотовой связи очень условно. Когда люди говорят про поколение сотовой связи, в основном они это ассоциируют с двумя вещами — либо технологический перескок на другой формат модуляции и кодирования, либо окончание десятилетнего цикла того самого насыщения сетей и необходимости развития сетей нового поколения, которое бы эти затыки в сетях расшивало. Поэтому шестое поколение — это достаточно условный термин, некий бенчмарк отрасли, ориентированный на 2030 год. Исходя из десятилетнего цикла развития сотовой связи. Люди собрались и решили, что к 2030 году пятое поколение должно смениться шестым, и поскольку каждое поколение сотовой связи отличается от предыдущего улучшением как минимум в десять раз основных параметров: скорости передачи, времени задержки сигнала в сети и так далее, —то были сформулированы некие требования, как это шестое поколение должно выглядеть, какие оно должно иметь базовые технические параметры по скорости передачи, скорости реакции и, соответственно, обратным счетом, какие новые сервисы это поколение сможет предлагать. И люди сейчас занимаются тем, что с удовольствием на десять лет вперед создают эти гипотетические бизнес-модели потребления и рассказывают друг другу, какой прекрасный будет мир, когда мы наконец из этого проклятого пятого поколения перейдем в сияющий мир шестого поколения.

Что нас ожидает в шестом поколении? Если говорить об индустриальном сегменте, то ожидается повышенная скорость реакции сети, чтобы обеспечить управление огромным количеством технологических процессов, а также движущихся аппаратов в реальном времени, с очень высокой скоростью позиционирования. В первую очередь это связано с роботизацией.

Ожидается новый уровень вовлеченности человека в процесс общения, то, что называется telepresence, телеприсутствие. Ожидается, что сети шестого поколения смогут, во-первых, за счет технологий светового поля либо каких-то других технологий синтезировать динамические, полноцветные голограммы объектов размером со статуэтку или даже в полный рост, и, что интересно, не только на стороне аудио и визуальной, но и на стороне тактильной. То есть предсказывается, что сеть шестого поколения из-за чудовищной пропускной способности, а это порядка одного терабита в секунду, на соту сетки, обеспечит передачу максимального объема тактильной информации, человек получит максимальную иллюзию физического контакта при общении и присутствия.

Это так называемый нейроинтерфейс, то самое пресловутое чипирование, которым бредят все сумасшедшие сейчас. Но сейчас это технически абсолютно невозможно. А ожидается, что в шестом поколении в том или ином виде какое-то приближение, какой-то подход к снаряду уже должен быть сделан. То есть речь идет о некоем неразрывном синтезе человека и телекоммуникационной среды, симбиозе. Вот, собственно, о чем идет речь в шестом поколении.