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5G y las nuevas oportunidades

La tecnología avanza con el fin de evitar las limitaciones tecnológicas que posee cada época, ayudándonos en nuestra vida personal y profesional.

La primera generación de tecnología móvil (1G) nos trajo la posibilidad de la comunicación inalámbrica. Nordic Mobile Telephony 450 MHz fue el primer sistema de telefonía móvil que nos permitió pasar de los teléfonos transportables a lo que hoy conocemos como móviles.

Este avance permitió a Nokia y a Ericsson despegar como compañías del sector de las telecomunicaciones con la venta de teléfonos, infraestructura y equipamiento.

 

 

Con la llegada del 2G las redes se digitalizaron, mejorando notablemente la calidad del servicio de voz. Apareció un nuevo servicio, el SMS y además se introdujo el sistema de tarjeta SIM, que permitió a los usuarios poder cambiar de operador sin tener que cambiar de dispositivo móvil. Este fue un gran cambio para las compañías telefónicas. En España, tras liberarse el monopolio de Telefónica, aparecieron empresas como Airtel y Amena.

El 3G nos brindó la oportunidad de tener internet en el móvil, la videoconferencia, el correo electrónico y la descarga de archivos. La gran cobertura que tuvo (la mayoría del territorio GSM, estándar del 2G) favoreció la venta de dispositivos móviles en todo el mundo, y finalmente, la aparición de los smartphones.

Aunque en un principio esta tecnología estaba orientada a la transferencia de voz, las operadoras de telefonía móvil empezaron a ofrecer por primera vez servicios exclusivos de datos, por lo que impulsó el uso de otros dispositivos conectados a internet como los ordenadores portátiles y tablets.  Las electrónicas de consumo como Apple y Samsung fueron las grandes beneficiadas de esta generación.

Evolución de las comunicaciones móviles y los servicios

Evolución de las comunicaciones móviles y los servicios

 

Finalmente, con la llegada del 4G, los usuarios pudieron disfrutar de un mayor ancho de banda, lo que propició el auge de las redes sociales y la recepción de vídeo en HD, y con ello un aumento de la demanda de dispositivos más potentes.

Este período se caracteriza por el dominio de las redes sociales, donde destacaron plataformas como Facebook, Youtube, la aparición de unicornios como Úber, WeChat, Just Eat o Wallapop, además de las compañías de componentes móviles como Qualcomm, Taiwan Semiconductor o Foxconn.

 

¿Qué ventajas ofrecerá el 5G?

El 5G promete alta eficiencia energética, mayor velocidad de descarga, gran capacidad para mantener numerosos dispositivos conectados y baja latencia, lo cual nos brindará nuevos servicios y usos.

Se espera que el 5G sea el combustible que alimente las nuevas ciudades inteligentes, fábricas 4.0.

Internet llegará a cualquier dispositivo. Se calcula que hoy en día existen 8.500 millones de dispositivos conectados, y se estima que para 2020 puedan llegar a ser 26.000 millones.

Posibilidades que puede llegar a ofrecer en 5G

Posibilidades que puede llegar a ofrecer en 5G

 

Interconectar todos los aparatos a velocidades casi instantáneas nos permitirá vivir en un mundo inteligente, donde máquinas y seres vivos estarán interconectados.

Para que esto sea posible se necesitarán millones de antenas o módems 5G. Texas Instruments, Mediatek y Qualcomm son los mayores proveedores de componente Wireless o comunicación inalámbrica (antenas, módems, etc)

Pero para comunicarse primero debemos de tener un mensaje que enviar. Saber la temperatura, humedad, velocidad, distancia, nos permitirá saber el grado de desgaste de una pieza o cuáles de las múltiples papeleras de un edificio de oficinas están llenas, lo cual nos ayudará a reducir costes en fábricas y ciudades. Por lo que las empresas como Analog Device, Siemens, Mitsubishi Electric o Keyence Corporation cobrarán cierto protagonismo.

La nube procesará e interconectará todas las "cosas"

La nube procesará e interconectará todas las "cosas"

 

Toda esta información a su vez necesitará de lugares donde poder almacenar y procesar la ingente cantidad de datos enviados por los miles de millones de dispositivos, estos son los conocidos como datacenters. Compañías como Intel o Nvidia están especializadas en chips para datacenters. De hecho, los ingresos de ambas en este apartado crecieron un 27% y un 78% respectivamente en 2018.

 

Llegados a este punto, considero oportuno profundizar en el mundo de los semiconductores.

En sólo 50 años, los circuitos integrados se han vuelto omnipresentes, ordenadores, móviles, cámaras, toda la informática, comunicaciones, industria y transporte dependen de estos semiconductores, convirtiéndolos en uno de los descubrimientos más importantes en la historia de la humanidad.

Evolución del número de transistores integrados en un circuito integrado

Evolución del número de transistores integrados en un circuito integrado

 

Los microprocesadores y memorias son los circuitos integrados más conocidos.

Estos han ido evolucionando de manera desenfrenada, volviéndose más pequeños, con mejores prestaciones y más eficientes. Este hecho favoreció una feroz competencia entre los fabricantes para conseguir el más potente, aumentando el número de transistores dentro de un microprocesador.

Pero debido a un progresivo estancamiento de la ley de Moore (cada vez es más difícil aumentar el número de transistores en un microchip), las empresas ya no pueden delegar el aumento de velocidad de procesamiento de sus algoritmos al aumento en la velocidad de los microprocesadores.

Es en este punto donde entra en escena un antiguo componente, los FPGAs (field-programable gate away).

Microsoft empezó a implementar estos dispositivos en sus servidores y consiguió multiplicar por 40 la velocidad de búsqueda de sus algoritmos, razón por la que en 2015, Intel compró Altera, el segundo mayor fabricante de FPGAs, por detrás de Xilinx. Esta última desde que presentara resultados el 24 de enero ha subido un 38% y un 78% desde hace un año.

 

Ahora toca explicar qué es un FPGA.

Arquitectura de una CPU

Arquitectura de una CPU

 

Los microprocesadores son dispositivos muy complejos con un conjunto fijo de instrucciones. Algunos microprocesadores tienen más funciones que otros, factor que determina su rendimiento.

Como vemos en la imagen, existen una serie de datos de entrada y una memoria para almacenar estos datos. El procesador contiene una pila de instrucciones con el programa que debe ejecutarse, y en cada ciclo de reloj ejecuta los cálculos y los guarda. Finalmente, devuelve los datos de salida o resultados.

Arquitectura de un FPGA

Arquitectura de un FPGA

 

A diferencia de los microprocesadores, los FPGAs son dispositivos a los cuales se les pueden reprogramar sus conexiones y funcionalidades. El conjunto de los distintos bloques de un FPGA unido por las conexiones programadas, hacen que físicamente se constituya un circuito electrónico, pudiendo replicar un microprocesador.

Por tanto, su mayor ventaja es que son reprogramables, permitiéndonos adaptarlo a la necesidad de cada momento.

¿Podríamos imaginar un software que pudiera reconfigurar el hardware? Una inteligencia artificial que quisiera aprender y para ello tuviera que modificar las conexiones e interconexiones de su “cerebro”.

Una de las razones por la que esta tecnología no triunfó fue debido a que las herramientas comerciales para programarlos estaban unidos a la arquitectura del fabricante y no eran gratuitos, imposibilitando el Open Source (modelo de desarrollo de software colectivo y de dominio público).

 

Proceso de configuración de un FPGA

Proceso de configuración de un FPGA

 

A la hora de configurar la programación de un FPGA, primero se necesita de un diseño digital y por tanto conocimiento de electrónica digital. Luego requiere describir la lógica del circuito usando lenguajes de descripción y no de programación como Verilog o VHDL.

 

Esta ventaja de reprogramación hace que también estén siendo muy importantes en la industria del automóvil, en concreto en una parte aún en desarrollo y poco madura, donde continuamente se exigen cambios en los algoritmos y se van añadiendo mejoras, la conducción autónoma.

Para realizar una conducción eficiente, autónoma y confiable, el automóvil debe tomar decisiones cada fracción de segundo, y aquí los FPGAs tienen otra ventaja competitiva contra los CPUs y GPUs, su menor latencia o tiempos de respuesta.

La información es recibida por los numerosos sensores instalados en varias partes del automóvil. La aplicación de los FPGA para acceder y procesar toda esta información en el menor tiempo permite mejorar la eficiencia del combustible, la durabilidad del vehículo y la seguridad, lo que le convierte en un nuevo actor importante en este sector.

Al igual que ocurren con los coches autónomos, la realidad virtual también precisa de alta capacidad de procesamiento de imágenes e inteligencia artificial. De nuevo, cabe destacar empresas como Nvidia, Xilinx, Micron o Mobileye (Intel).

 

Con las expectativas de sacar provecho al movimiento colectivo de la industria IoT y con la necesidad de una mayor densificación de la red, ha habido un incremento en la competencia de proveedores de infraestructuras de servicios de telecomunicaciones 5G.

Las empresas con un enfoque específico en las “small cells” son las que más se benefician, puesto que serán solución al problema de cobertura y ancho de banda. Las small cells son unas cajas que se sitúan generalmente en farolas. Estas cajas distribuidas a lo largo de las ciudades son las que darán cobertura a todos los dispositivos que quieran conectarse a internet, haciendo posible la interconexión de todas las “cosas” y haciendo de nuestras ciudades inteligentes.

Zona cobertura de una celda macro "small cells"

Zona cobertura de una celda macro "small cells"

Zona cobertura de 3 small cells. Más rojo indica mayor cobertura.

Zona cobertura de 3 small cells. Más rojo indica mayor cobertura.

 

Según American Tower comentó en Bloomberg, una torre de comunicaciones con un único inquilino tiene unos márgenes brutos de un 40%, un 74% con dos inquilinos, y un 83% con tres. Por lo que se trata de un sector con márgenes de beneficios muy fuertes.

Otras empresas como Crown Castle o SBA Communications también están experimentando crecimientos de dos dígitos en los ratios más importantes debido al incremento en la demanda de las small cells.

En España se está aplicando un sistema llamado LTE-Adavance, el cual no es un sistema 5G íntegro, pero ahorra muchos costes en infraestructura, pues el 5G necesitaría de una completamente nueva. Este hecho ha impulsado a las compañías móviles a externalizar la instalación y mantenimiento de sus antenas a empresas como Cellnex, el cual opera con el 15% de las estaciones base presentes en Europa.

 

Introdujimos internet en nuestras casas y nos cambió la vida. Pongamos internet en todas las “cosas” y cambiaremos el mundo.

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  1. #1

    jalberto

    Hacía tiempo que no veía un análisis tan acertado de un sector tan disruptivo. Gran trabajo de investigación William!


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