5G相關應用尚處於摸索階段，6G願景卻已成為各家業者關注重點。通訊技術演進看似有利無害，但從5G開始，關於新世代通訊的真正效益質疑不斷，伴隨高性能而來的耗電量也令人卻步。技術難關克服後，6G尚須證明自身價值，才能成功打入市場。
說到行動通訊，技術的世代交替似乎是自然而然的過程，不可控且勢不可擋。消費者和企業現在才剛剛開始探索5G的潛能，但科學家已經著手擘劃後續發展，越來越多的科技公司也加入行列。在2020年代結束以前，最新的通訊技術部署很可能會從5G過渡到6G的早期版本。 6G的技術細節仍待商榷，但主要賣點明確：資料傳輸率上看100Gbps，延遲降至微秒等級。6G仍會沿用5G和之前行動網路世代所用的頻譜，其性能升級主要透過轉移至100GHz與300GHz以上的超高頻段來實現。
目前尚未明確的是，這些超乎想像的性能升級可以用來做什麼？從過往歷史來看，每當新技術開創機會，市場會快速為它們找到出路。然而，目前技術似乎開始出現脫離大眾需求的疑慮。因此，若希望6G成功，就必須偶爾把注意力從技術研發上轉移，看看社會的實際需求。 面臨6G發展的棘手問題時更是如此，全球正在努力減少碳排，但6G很可能會非常耗電。應對這項挑戰，最終解答與6G核心技術的能源效率關係匪淺。
6G開創通訊全新維度
4G和5G的發布內容通常包含超高傳輸速度，僅需數秒就能下載整張音樂專輯或Netflix影集。但是到了6G，這種行銷噱頭就派不上用場了。這不是因為音樂或影視已經過時，而是下載和串流速度的改善超過需求，難以成為亮點。傳輸品質也是如此，當畫質達到4K等級，其他額外影像資訊對螢幕來說已經沒有用處，以肉眼來看更是如此。
不過，視聽電子通訊卻因此多了個新維度。遠距全像攝影就是6G傳輸速度升級帶來的特殊應用之一。接著是遠距臨場(Telepresence)技術，無須戴上VR眼鏡就能真實呈現遠端通話成員的樣貌和聲音，讓使用者感受到共處相同空間的臨場感。
開發完整的遠距臨場技術需要觸覺回饋機制。要實現完美同步的雙向觸覺功能，並搭配音訊與立體影像，就會需要6G的超高資料速率和超低延遲。
6G帶給社會的實際效益
諸如遠距臨場的應用能確保6G附加價值至少在娛樂產業能夠立刻顯現。6G在遠距工作方面的效益也顯而易見。但是酷炫電玩和商務會議究竟能否驅動大眾挹注鉅額投資，以實現新一代無線網路技術？
其實，談到6G，發展重點並不在於增加生活的娛樂性，而是6G可能改善數百萬人的生活。以遠端診斷和遠距手術為例，這些應用所需的技術與遠距臨場雷同。試想醫生如果能在評估或治療病患時，直接聯繫具備臨床經驗的專科同事來支援，那將會是醫療照護的一大進展。
其他能夠有所助益的應用還包括完全沉浸式的虛擬教室、虛擬旅遊和劇場表演。新冠疫情帶來的其中一項重要啟示，就是穩固的通訊基礎設施能在社交距離管制時凝聚眾人。這樣說來，開發6G是對社會韌性的投資。
在道路安全方面，不少人對自駕車信心滿滿，即便它處在「即將上路」階段已經有一段時間了。同時，先進駕駛輔助系統(ADAS)持續精進，可以協助避免危險的駕駛情境。擴增實境(AR)在ADAS發揮很大作用，例如在汽車擋風玻璃上投影關鍵資訊。預先接收視線死角的來車警示同樣可提高道路安全，而如前所述，這類應用只有使用6G才能實現。
6G頻寬超越人類極限
儘管這些應用令人驚豔，但從某種角度來看，它們還是過時了。上述應用必須配合人類的感官能力，這樣便限制了頻寬範圍，而機器沒有這種限制。
想像行動網路的未來發展時，非人類實體的雙向通訊是一大重點。這裡談的是將遍布各處改善生活的智慧裝置，其性能將遠遠超過現在最先進的物聯網(IoT)感測器。這些裝置從攝影機、雷達、光達蒐集資料，能處理的資料量比人類多出好幾個數量級。它們能傳輸資料、從中學習，更重要的是，跟其他裝置互相學習。想像一下，未來發展工業和農業自動化的場景，能夠精準且永不間斷地監控用水與空氣品質。
針對6G能夠發展哪些應用，唯一的限制似乎是我們的想像力。不過在開始放膽想像之前，還有一項物理限制必須考慮。
6G潛在的鉅額代價：能源耗用
之前曾提到，6G必須採用更高的頻段。這也表示裝置必須透過更高的功率來運作，再加上裝置的數量暴增，顯見為了獲得6G帶來的社會效益，所需付出的代價不菲，稍有不慎，就會為永續發展帶來負面影響，或隨大眾能源意識高漲，被拒之門外。
好消息是發射器的功率輸出並非6G傳輸功耗的唯一決定因素。6G裝置不必保持開機，利用軟硬體的智慧化設計，可以將電子設備的能源使用時間降到最短，並在用電期間盡可能傳輸最大量的資料。儘管如此，關鍵硬體的能源效率依舊是主要考量。
6G技術研發腳步不斷
這些針對普及化行動網路的未來願景都是比利時微電子研究中心(imec)的研究內容，其先進CMOS技術研究計畫(以及未來計畫)探討如何實現更高的開關速度，滿足未來對數位訊號處理的需求。imec也研究ADC/DAC轉換器，確保這些元件在新一代行動網路的供應鏈中能滿足規格升級的需求。而其先進射頻技術研究計畫聚焦基礎設施的關鍵零件：數位電路與天線之間的類比電路。這項挑戰十分艱鉅，因為現有的裝置無法承載6G預期使用的超高頻段。不過其潛在效益也很可觀，可藉由提升能源效率顯著降低整體功耗。
毫不意外，通訊技術演進中，節能是優先考量事項。這也是氮化鎵(GaN)和磷化銦(InP)等化合物半導體研發進程加快的原因之一。這些化合物可用於功率放大器等元件製造，提高矽材在無線傳輸應用上的功率輸出及效率。整合化合物半導體與矽材需要全面性採用異質整合方法，包含類比與數位主動式元件，以及天線和散熱片等元件。
(本文作者任職於imec)