När frekvenserna tar slut
Radar som ska se skarpare, satelliter som ska bära mer data och mobilnäten efter 5G
kräver samma sak: mer bandbredd. Den finns högre upp i frekvensbandet – där
tekniken blir betydligt svårare. Ett Göteborgsbolag har ägnat snart två decennier åt att
lösa just det.
Nästan all trådlös kommunikation använder i dag frekvenser under 50 gigahertz. Men när
datamängderna växer och kraven på kapacitet och precision ökar behöver industrin söka sig
högre upp i spektrumet. Där finns millimetervågen – och stora möjligheter. Men också
tekniska problem.
En länk i E-bandet kan bära tio gigabit per sekund över flera kilometer, samtidigt som radar i
W-bandet kan urskilja detaljer som lägre frekvensband har svårare att se. Men högre
frekvenser innebär också större signalförluster och högre krav på både uteffekt och
mottagarkänslighet.
– Över 50 gigahertz är det sällan själva kretsen som stoppar kunden. Utmaningen är att få
fram något som går att montera, mäta och tillverka i volym med rätt prestanda, säger Magnus
Elovsson, vd på Gotmic.
På de här frekvenserna får även till synes obetydliga detaljer stor betydelse.
– Vid 100 gigahertz är våglängden tre millimeter. Det betyder att en bondtråd som är en
tiondels millimeter för lång inte är en tråd längre – den är en komponent i kretsen, vare sig du
vill det eller inte. Vi konstruerar i mikrometer, säger Mattias Ferndahl på Gotmic.
Två decennier blir en konkurrensfördel
Gotmic grundades 2008 med ursprung i forskning vid Chalmers. Sedan dess har bolaget byggt upp egna konstruktionsmodeller och ett designbibliotek för halvledare vid mycket höga frekvenser.
Det kan korta en både dyr och tidskrävande utvecklingsprocess.
– En ny tillverkningsomgång kan kosta både månader och miljoner. Ju oftare konstruktionen fungerar direkt, desto större blir skillnaden i både tid och kalkyl, berättar Magnus Elovsson.
Gotmic arbetar bland annat med galliumarsenid för konstruktioner där kraven på uteffekt och låg brusnivå är höga.
– Tolv personer låter litet. Men i det här skiktet av branschen är det inte antalet anställda som avgör, utan hur många år av millimetervågsdesign som finns samlat i rummet. Där står vi oss mot bolag som är hundra gånger större, säger Magnus Elovsson.
Nu tar bolaget nästa steg. Från enskilda chip går Gotmic mot kapslade komponenter och mer kompletta sändar- och mottagarlösningar – högre upp i värdekedjan. Bolagets fabless-modell innebär samtidigt att resurserna kan koncentreras till utveckling, konstruktion och verifiering medan själva waferproduktionen sker hos externa halvledartillverkare.
Allt fler kunder kommer enligt bolaget dessutom med ett systemkrav snarare än en specifikation på en enskild komponent.
– De vill ha hjälp hela vägen, inte bara en komponent i en påse. Den typen av uppdrag är både mer lönsamma och mer varaktiga, säger Magnus Elovsson.
Tre marknader – samma flaskhals
Försvar, rymd och telekom är kommersiellt helt olika marknader. De köper på olika sätt, har olika ledtider och olika krav på dokumentation.
Tekniskt möter de samma problem: mer effekt, mer bandbredd och mer precision i allt mindre komponenter vid allt högre frekvenser.
Försvar. Högre frekvens ger bättre upplösning. En radar som arbetar i W-bandet kan urskilja detaljer som ett lägre band missar, och antennen kan göras liten nog att sitta där den behöver sitta. Samtidigt ställs krav som få andra branscher har – hermetisk kapsling, dokumenterad härkomst och komponenter som ska fungera identiskt om femton år.
Rymd. Satellitkommunikation flyttar uppåt i frekvens av samma skäl som alla andra: utrymmet under är taget. Länkarna mellan satelliter i en konstellation är särskilt krävande – hög kapacitet, extremt begränsad effektbudget och noll möjlighet att skicka upp en tekniker.
Telekom. Bakhaulet, alltså länkarna mellan basstationer, går redan i dag i E-bandet. Efterhand som näten byggs ut efter 5G flyttar kraven uppåt igen, och forskningen kring 6G arbetar redan i band som i dag knappt används kommersiellt.
Att samma kompetens kan bära tre marknader är ovanligt, och det är en av anledningarna till att bolaget kunnat växa utan att tappa fokus.
För försvars- och rymdtillämpningar tillkommer krav som skiljer sig från många kommersiella produkter. Det kan handla om hermetisk kapsling, full spårbarhet och dokumentation av varje enskild komponent.
– Varje enhet mäts individuellt innan den lämnar oss. Vi mäter, vi gissar inte, säger Mattias Ferndahl.
Bolaget arbetar enligt en grindmodell där ett utvecklingsprojekt passerar fem steg på vägen från idé till serieproduktion. Ett projekt går inte vidare förrän definierade mätningar och verifieringar är genomförda.
– Det låter byråkratiskt för ett bolag med tolv anställda, men det är precis tvärtom – det är det som gör att vi vågar lova leveranstider, berättar Mattias Ferndahl.
Storleken kan samtidigt ge korta beslutsvägar.
– Vi kan ändra en konstruktion och ha nya, uppmätta kretsar på bordet inom några månader, där ett stort bolag har processer som tar ett år. Kunden pratar direkt med den som har ritat kretsen, inte med en säljorganisation, säger han.
Europas behov av egen förmåga
Samtidigt har Europas behov av egen teknisk kompetens fått en ny dimension.
– Det handlar inte om att ersätta de stora aktörerna. Det handlar om att kompetensen och förmågan ska finnas i Europa när den behövs, säger Magnus Elovsson.
Gotmic bygger därför successivt upp slutmontering och test i Göteborg, både för att kunna leverera med svenskt ursprung och för att minska beroendet av extern kapacitet i de sista stegen före leverans.
– Det räcker inte att kunna köpa in. Man måste kunna konstruera, tillverka och ändra själv – annars är man inte oberoende, man är bara kund, säger Magnus Elovsson.
– Vi har byggt bolaget långsamt och till stor del med egna pengar. Det har gjort oss tåliga. Och det har gjort att vi äger tekniken själva – varenda krets i vår portfölj är ritad här i Göteborg.
Gotmic
Grundat 2008 i Göteborg med ursprung i Chalmers. Utvecklar högfrekventa halvledarkomponenter och moduler för bland annat försvar, rymd och telekom.
