昨今、私たちは世界中でワイヤレス接続が利用できることを当然のことのように思っています。カフェにいても、ホテルの部屋にいても、あるいは高度3万5000フィートの機内にいても、そこそこ速い速度でインターネットに接続できる可能性が高いのです。しかし、このように常にネットに接続されているにもかかわらず、私たちは依然として鍵を置き忘れたり、スマートフォンをどこに置いたか忘れてしまったりしてしまうものです。
新しい接続技術は、これら両方のシナリオに劇的な影響をもたらすと期待されています。確立されたWi-Fi規格の次期バージョンであるWi-Fi 7は、極めて高いスループットを実現するよう設計されています。完成形において、Wi-Fi 7は現在の有線通信の速度に匹敵するか、あるいはそれを上回ると予測されており、VRやその他の高帯域幅を必要とするアプリケーションに最適です。
また、ウルトラワイドバンド（UWB）はWi-Fiの範疇には入りませんが、Wi-Fiを強化・補完する関連無線技術として捉えることができます。UWBは鍵を見つけやすくする（あるいは紛失しにくくする）だけでなく、将来的には鍵そのものを完全に置き換える可能性さえあるのです！
これらの次世代技術には大きな期待が寄せられており、消費者向けおよび産業用ハードウェアをこれまでにないレベルへと押し上げるでしょう。半導体がこうしたアプリケーションを可能にする基盤技術であることを踏まえると、品質を確保するためには、製造工程において半導体チップのテストを行うことが極めて重要となります。
以下では、テストが複雑な特性評価から効果的な実稼働環境でのテストへと進化させる必要がある理由について考察し、技術の開発と、その技術が実環境で使用される際のテスト手法との間に、相互に補完し合う関係性を築く方法について解説します。
Wi-Fi 7の基本
Wi-Fi 7（技術者の間ではIEEE 802.11beとしてよく知られている）は、世界的なWi-Fi接続規格の次世代バージョンです。 とりわけ、現行のWi-Fi 6E規格で初めて導入された機能、すなわち6GHz帯の拡張を基盤としています。この規格は、2008年のWi-Fi 4（802.11n）以来主流となってきた2.4GHzおよび5GHz帯に加え、新たな無線周波数帯域を開拓するものです。この追加の周波数帯域は、ネットワークの混雑緩和やスループットの向上に寄与します。
しかし、Wi-Fi 7がもたらすのはそれだけではありません。この進化に伴い、自動周波数調整（AFC）、マルチリンク動作（MLO）、4K直交振幅変調（QAM）といった技術が新たに導入されるか、あるいは改良される予定です。
- AFCは6 GHz帯と密接に関連しています。これにより、Wi-Fi機器は、機密性の高い米国防総省やNASAの衛星通信システムなど、すでにこの周波数帯を利用している他の機器と共存できるようになります。
- MLOは、Wi-Fi 7の5GHz帯と6GHz帯が周波数帯域的に近接しているという特性を活用しています。MLOのおかげで、携帯電話やIoTデバイスは複数の無線チャネルに同時にアクセスできるようになり、信号の堅牢性と効率性が向上します。
- 4K QAMは、振幅と位相が異なる重なり合った信号を送信することで、伝送に詰め込むことができるデータ量を増加させます。以前のWi-Fi 5 (802.11ac) では、これらの信号の1つが256の状態を持つことが可能でしたが、対照的に4K QAMはその数を4,096にまで引き上げます。Wi-Fi 7はこの機能を標準として確立するでしょう。
当然ながら、これらの技術には、より強力な送受信および処理機能を備えたシリコンチップが必要となります。また、多くのチップにはARMプロセッサが搭載され、演算能力を高めるためにオンボードRAMも増設されるでしょう。これは、製造から導入までの各段階において欠陥の検出コストが大幅に増加するため、欠陥のあるチップが消費者の手に渡るのを防ぐには、テストプロセスにおいてRF（無線周波数）とデジタルの両方の手法を考慮に入れる必要があることを意味します。
Wi-Fi 7対応デバイスが最終的に至る所に普及するにもかかわらず（あるいはそれゆえに）、テストを行う上での前提条件の一つとして、用途に応じて電源やシリアルデータ通信プロトコルが必要となるでしょう。例えば、現場で使用される低消費電力のIoTデバイスと、ハイエンドのスマートフォンとでは、電力や接続に関する要件が大きく異なります。その結果、考慮すべき変数が増え、テストの複雑さが増すことになります。
UWBの基礎
UWBは、短距離通信向けに設計された無線通信技術です。その最も一般的かつ実用的な用途は、極めて低い遅延と高い精度を誇る位置追跡、いわゆる「マイクロポジショニング」です。この技術は、デバイス間でパルス状の電波を送信し、その到達時間に基づいて距離と相対的な位置を算出することで機能します。UWBは、低コストで用途に特化したレーダーの一種と捉えることができます。
UWBはWi-Fi規格の一部ではありませんが、それ自体がIEEE 802.15.4zという世界標準規格となっています。また、現在および将来のWi-Fi規格と組み合わせて活用される可能性も容易に想像できます。 混雑したエリアでは、モバイル端末がUWBを活用して、ピンポイントの精度で最適な接続ポイントを特定できる可能性があります。同様に、UWBとWi-Fiを組み合わせることで、広大な駐車場内の車両の位置を特定し、自動的にロックを解除する前に、近づいてくるドライバーを確実に認証することも可能になるでしょう。
Wi-Fiと比較して、UWBはより広い周波数帯域を持ち、消費電力が少なく、異なる（非QAM）変調波形を採用しています。そのため、チップのアーキテクチャはWi-Fiよりも若干複雑になっています。 一方で、送受信および処理機能に関しては非常に類似した要件があり、これらもまた、省電力でありながら高性能なARMプロセッサによって実行される可能性が高い。したがって、UWB用シリコンには、その固有のユースケースとRF特性に最適化された、Wi-Fiと同等のテストプラットフォームが必要となる。
テラダイン、Wi-Fi 7およびUWBのテストにおける課題を解決
Wi-Fi 7やUWBといった新技術が、世界的なイノベーションを牽引していることは疑いようがありません。これには、これらの技術そのものを評価するという複雑な課題に対応できるテスト手法も含まれます。最先端の無線規格には、より高い周波数、より広い帯域幅、そして（変）調能力に対応できるテスト戦略の進化が求められています。また、設計から量産までのプロセスを効率化するための専門知識も不可欠です。
テラダインは、こうした課題をすべて解決します。その方法は以下の通りです：
設計。まず、テストエンジニアは市販の計測器を使用して、新しいシリコンの特性評価を行うことができます。この特性評価段階において、テラダインはLitePointなどの業界リーダーとの提携関係を活用し、テスト装置の構築に必要な高品質な部品の調達と供給を支援します。これらの部品は、単一拠点での導入に基づく非自動化手法を用いた、多品種少量生産にも活用可能です。これは、将来的な大量生産の自動化に向けた基盤としても機能します。
製造。新しい半導体の製造計画は、通常、設計と並行して進められます。しかし、非効率的な複数ベンダーへの依存というアプローチをとるよりも、複数のデバイスをテストできる汎用性を備えた、実績のあるプラットフォームを1つ特定し、共同開発する方が、より合理的かつ費用対効果が高いと言えます。 そうすることで、大量生産の専門家に製造を委託しつつ、自社のコアビジネスに集中することができます。その結果、商品化のリスクを最小限に抑え、試験装置の活用度を最大化し、コストを抑制することが可能になります。そして最終的には、量産までの期間を大幅に短縮することができます。
テラダインでは、ワークフロー全体、そして大量生産の自動化への道は、単一拠点での設計から始まります。欠陥や異常値を検出するための実績ある手法は、これらのデバイスの機能テストにあります。これには以下が含まれます：
- 送信機の品質：出力、波形（例：パルス）、スパー（すなわち、スプリアス放射）、位相ノイズ、および変調。
- 受信機の感度：ダイナミックレンジ、信号対雑音比、チャンネル選択性、ブロッキングおよびスパー。
- 性能試験：マルチパスおよびドップラーシフトに対する耐性、感度。
- その他の機能：スループット、入射角、飛行時間（ToF）など。
- キャリブレーションとビニング：実運用に向けた最適化、ビルドおよび性能に基づくシリコンの選別。
十分に整備された単一のテストサイトは極めて貴重ですが、量産段階ではコスト的に現実的ではありません。テストコストの削減は、テストの手抜きをするのではなく、規模を拡大することで最も効果的に実現できます。 現在のモデルでは、大量生産に関する専門知識が伴っている限り、4～8カ所のテストサイトが最適な規模であると示唆されています。サイトの数や対象となるワイヤレスアプリケーションにかかわらず、性能、品質、コストという3つの要素をすべて満たさない限り、真に量産対応可能なテストソリューションとは言えません。
TeradyneとUltraFLEXによる量産対応の大量生産
単一拠点での試験から大量生産（HVM）へのスケールアップには、技術的および経済的な課題が伴います。これらは互いに密接に関連しており、信頼できる経験豊富なHVMパートナーさえいれば、複数拠点への移行は長期的に大きな経済的メリットをもたらす可能性があります。
HVMが適切に実施されれば、新技術はより迅速に、かつより高い品質保証のもとで市場に投入され、メーカーは利益とROIの両方を事業に再投資できるようになります。これは、5Gやミリ波と同様に、Wi-Fi 7やUWBにも当てはまります。
この分野においてテラダインが他社と一線を画しているのは、量産体制に完全に対応したHVMソリューションを提供できる点です。具体的にはどういうことでしょうか？ 例えば、次のような点が挙げられます：
- テラダインは、半導体サプライチェーンにおいて、確固たる地位を築き、実績のある頼れるパートナーです。
- 当社は、大手半導体組立・検査受託サービス（OSAT）企業における導入実績を有しています。
- 当社の成功は、民生用機器向けの半導体チップの量産化を容易にする次世代ワイヤレス規格を習得できるかどうかにかかっています。
- 当社は、ワイヤレスアプリケーションの急速な進歩に対応し、性能、品質、収益性を確保するための手段を備えています。
- 当社のUltraFLEXテスターは、多くの導入実績を誇っており、将来の接続ニーズに応えるため、Wi-Fi 7およびUWB機能を追加する新たなソリューションを開発中です。
つまり、設計から生産に至るまで、Wi-Fi 7、UWB、そしてそれ以降の技術を支える半導体の量産体制（HVM）へと移行するための体制が整っているのです。 当社の製造自動化技術は、ソケット、ロードボード、ハンドラー、試験装置から、受賞歴のあるIG-XLソフトウェアに至るまで、幅広い領域を網羅しています。そして何より重要なのは、将来のソリューションを共同開発し、拡張可能なテストアーキテクチャを用いて量産化を支援する専門チームを擁していることです。
UltraFLEXプラットフォーム上で展開されるテラダインの最新コネクティビティソリューションについて、詳しくは弊社までお問い合わせください。
デビッド・ヴォンドラン テラダインのワイヤレス製品マネージャーとして、ミリ波アプリケーション向けを含む大量生産向けのATEソリューションを推進している。これまでに、ロックウェル・インターナショナル、ワトキンス・ジョンソン、パシフィック・モノリシックス、カリフォルニア・マイクロウェーブ、アンリツ、OML、ライトポイント、アドバンテスト、アストロニクス・テスト・システムズで、エンジニアリングおよびマーケティングの職を歴任した。カリフォルニア州立工科大学ポモナ校にて電気工学の学士号を取得している。