关注 | 5G芯片故事，从三星“对外开放”和中兴高调“入局”说开去

导语：今年是全球5G商用元年，但5G芯片厂商间的角逐早已展开。高通、三星、华为、紫光展锐以及联发科作为目前全球范围内5G芯片的主要厂商，纷纷甩出大招，以期在5G时代重新洗牌之际赢得先机。
 

        有消息称，一向“自己自足”的华为和三星将“对外开放”，其中， 三星的5G基带芯片已确认向包括OPPO、vivo在内的部分中国手机厂商提供了5G芯片组解决方案样品，以进行测试和验证。
 

        可见，5G芯片赛场的竞争之激烈。然而，这个赛场仍不乏激情澎湃、跃跃待试的新晋选手们。几天前，中兴CEO对外透露，目前正在研发7nm 5G芯片，预计会在2019年下半年实现量产。
 

        5G芯片研发之难
 

        比赛竞争激烈不可怕，可怕的是，还没竞争之前，发现研发之初就非常难。
 

        那么，研发难点在哪里呢？有资深5G研发工程师对此作出解释：
 

        首先，从标准的角度解释，以前的芯片研发过程是根据标准做自上而下的设计。到了5G时代，却没有了统一的标准，因为2018年6月首个5G标准才正式冻结。而这期间，对于研发来说，需要一边参与和解读5G标准，一边开展5G研发。
 

        从技术端方面来看，5G的终端复杂性比4G更高。5G的运算复杂度上比4G提高了近10倍，存储量提高了5倍。例如，在硬件上，5G芯片需要同时保证TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM多种通信模式的兼容支持，同时还需要满足运营商SA组网和NSA组网的需求。这对于天线方案以及前端架构的设计挑战非常大。而且各个国家和地区的频段也不相同，要研制出在全球各个区域都能使用的通用5G芯片，多频兼容就增加了在芯片在设计上的难度。
 

        此外， 5G的功耗也是一个必须要攻克的难题。5G终端的处理能力是4G的五倍以上，但随之而来是如何平衡功耗和系统散热的问题。 未来的5G手机，电池容量预估在3000-4000毫安才能满足其功耗需求，因此在做芯片设计的时候，一方面通过制程工艺的提升降低功耗，另一方面在需要在芯片方案中加大电池容量和充电能力，同时匹配快充功能。
 

        还有一点需要知道，移动终端的芯片在所有芯片中技术要求最高。中国工程院院士邬贺铨曾表示，移动终端的芯片包括基带调制解调、CPU和应用处理器及射频等部分，在所有芯片中对工艺的先进性要求最高。5G端能耗要省、待机时间要长，还要多功能、高集成度、低成本等，终端芯片需要用7纳米甚至5纳米工艺，这是当前集成电路最高水平工艺。
 

        由此可见，5G芯片尤其5G手机芯片的研发并非易事，在拥抱5G时代的路上，计算能力突出的英特尔就很遗憾地选择放弃了5G基带芯片业务。

        NSA/SA组网模式解读
 

        前面我们提到5G芯片的设计难度大，其中有一原因是同时要满足运营商SA组网和NSA组网的需求。如果能同时满足SA/NSA，5G芯片更具有竞争力，不容易在未来市场变化中淘汰。
 

        我们知道，上网必须要有信号的发射端（运营商信号塔）和接受端（智能手机）。完整的结构是：“基站+核心网”组成的信号发射端发出5G信号，由消费者手中的5G手机进行接受。
 

        NSA和SA组网，指的是发射端组网的不同。NSA是非独立组网，SA 是独立组网。二者的核心的区别在于接入的核心网，NSA 方案下，5G 基站接入的是 4G 核心网，4G 核心网传输信令，5G NR 基站传输数据；SA 则要更激进一些，5G 基站直接接入到 5G 核心网，5G 核心网传输信令，5G NR 基站传输数据业务。
 

        简单理解来看， NSA中的4G基站处于保留状态，而是增加5G基站——这也是运营商建设5G网络的一个过渡态，运营商为了节省投资，尽快推进5G商用。NSA组网的5G信号虽然网速比4G快，但延迟率和带宽相比4G时代的提升不会那么明显。事实上，目前韩国、美国、瑞士等正式商用 5G 的国家采用的都是 NSA 方案。
 

        而SA 则是全新的 5G 核心网+全新的 5G 基站，和 4G 完全分隔开，SA 技术更领先，可以提供更低的时延、更大的上行带宽，对网络切片（将单个物理网络根据需求切割成多个带宽、时延、加密方式不同的虚拟网络）、MEC（移动边缘计算）的支持也要更好。
 

        不过，二者皆为 5G 标准组织 3GPP 制定的组网方案，其中 NSA 方案于 2017 年 12 月冻结，SA 于2018 年 6 月冻结。
 

        从科技进步角度来讲，SA 是发展方向，几天前，中国移动就明确表示，从明年 1 月 1 日开始，政府不允许 NSA 手机入网，SA 是发展方向，中国会尽快过渡到 SA。

        “领头羊”间的角逐
 

        5G芯片的前世，要追根于2016年年底高通骁龙 X50的诞生，它是全球首款5G基带芯片。随后，英特尔在2017年11月份发布了5G基带芯片XMM8060，不过3GPP大会上制定的NSA方案于 2017 年 12 月才冻结，因此这两款芯片虽然发布早却没有实现商用。
 

        时间来到2018年2月的MWC大会，华为正式发布了旗下首款5G商用芯片——Balong 5G01，成为全球首款基于3GPP标准的5G商用芯片。不过，华为的这款巴龙5G芯片只针对小型基站和商用终端，暂时无法被用于智能手机上。
 

        在2019年1月，华为发布了业界首款5G基站核心芯片“天罡芯片”及手机5G基带的第二代——巴龙5000，华为Mate X是首款搭载巴龙5000的折叠手机。
 

        紧接着，高通在MWC 2019(世界移动通信大会)前夕发布了X50的升级版——高通骁龙 X55。
 

        从数据上来看，高通骁龙 X55毫米波下载速率达到了7Gbps，上传速度达到3Gbps，这也是目前5G芯片所能达到的最高下载速率。华为的巴龙5000巴龙 5000 在 Sub-6GHz（中频频段，我国 5G 的主用频段）频段可实现 4.6Gbps，在毫米波（高频频段）频段达 6.5Gbps，从数据上看算是紧跟在高通之后。
 

        在做工方面，X55和巴龙5000先后采用7nm工艺，大大降低了由于5G射频器件增加带来的功耗及发热问题。二者对比于2016年高通发布全球第一款5G基带芯片X50采用的28nm的工艺，技术先进了不少，这也代表着5G基带逐渐趋于成熟。而且，华为巴龙5000和高通枭龙X55都是去全模基带芯片，也就是说不仅仅是5G，这两款芯片都实现了2G、3G、4G、5G的全模能力。此外，这两款芯片都支持独立组网和非独立组网。

        不过，二者的量产之日还未来到。高通宣布骁龙 X55到年底才能开始实现供货，而华为 Mate X有消息透漏会在9月份左右上市。
 

        值得一提的是，这两款5G基带都没有被集成，不过，高通的5G基带有望在未来高通骁龙865中集成。而据目前供应链消息，华为的集成5G芯片的SoC将在2019年末至2020年初推出。

        5G芯片的奋力追逐者
 

        再来看看5G芯片赛道上的奋力追逐者。
 

        早在2018年的CES上，三星就展示了其5G芯片的部分信息，到了2018年8月15日，三星正式发布5G基带Exynos Modem 5100，采用自家10nm工艺制程，全面支持 5G 网络适应全频段，并向下兼容 2G/3G/4G。基于 5G 网络，Exynos5100 可以实现 6GHz 以下频段内 2Gbps 和毫米波频段内 6Gbps 的数据传输。据AI报道了解，韩国刚刚上市的Galaxy S10 5G手机所使用就是Exynos5100，它也是全球首款与 3GPP的5G New Radio (5G-NR)标准相兼容的5G Modem。
 

        近期有消息称，三星正向包括OPPO、vivo在内的部分中国手机厂商提供了5G芯片组解决方案样品。这些新推出的5G芯片组包括Exynos调制解调器5100、ExynosRF5500收发器和ExynosSM5800电源调制器。目前这些国内的设备制造商门正在集中测试。
 

        为什么一向芯片自用的三星“对外开放”了？业界对此普遍认为，三星希望在5G时代重新争夺行业话语权，和高通和华为抢占5G手机芯片市场。不过尽管如此，对于在国外销售的Galaxy S10 5G手机，部分使用的仍然是高通的骁龙X50，有分析师指出，三星在开发5G基带方面，特别是毫米波领域仍然缺乏经验。
 

        同样缺乏毫米波技术的还包括联发科技，一直以来，联发科因技术实力曾被外界诟病，特别是在基带技术方面一直落后于高通和华为海思，甚至紫光展锐。不过，出乎意料的是联发科首先做到了于5G芯片集成，抢先高通和华为。
 

        今年5月29日，联发科在台北电脑展Computex2019上推出了全球首款内置5G基带芯片的SoC，并称已向手机企业提供芯片样板，最快在明年初将有采用该款芯片的手机上市。它基于7nmFinFET工艺制程打造，集成了联发科此前发布的5G调制解调器Helio M70， 而且采用了 ARM 最新发布的Cortex-A77 CPU 核心、以及 Mali-G77 GPU 架构。
 

        M70是联发科是否在5G到来的时候重新回到市场霸主的位置的关键“戏码”。据了解，M70具有 LTE 和 5G 双连接的功能，支持从 2G 至 5G 各代蜂窝网络的多种模式，支持非独立组网（NSA）及独立组网(SA)架构，Sub6Ghz下载速率达到4.7Gbps。但是，联发科的该技术也存在局限性，比如目前仅适用于低于6GHz的无线电波。虽然有助于降低成本，但同时意味着它无法在Verizon Communications Inc和AT＆T Inc等使用毫米波技术的运营商的所有5G网络上运行。为了提升毫米波技术，联发科技在2018年入股天珑移动子公司捷豹电波，尽管如此，毫米波技术真正上市也要到2020年。
 

        再来看全球低端芯片的输出大厂紫光展锐，其芯片销量堪比高通，目前正在积极升级，征战中端市场。早在去年六月份的半导体大会上，中国紫光集团全球执行副总裁曾学忠就表示过，会在未来打造5g芯片，并于2019年实现商用。
 

        此前展锐已经发布了春藤510 5G平台，该芯片采用台积电12nm制程工艺，支持多项5G关键技术，支持2G/3G/4G/5G多种通讯模式，符合最新的3GPP R15标准规范，支持Sub-6GHz频段、100MHz带宽，最高下载速度可达2.3Gbps。此外，春藤 510可同时支持 SA 和 NSA 组网方式，不过它作为 5G 基带第一代产品，目前还暂不支持毫米波频段。
 

        相比而言，展锐的5G基带芯片的制程工艺及规格尚与其他芯片厂商有一定差距，不过展锐公布了2020年的产品路线图，预计明年底推出5G SoC处理器，将会使用7nm工艺。

        跃跃欲试的新晋选手
 

        在5G芯片这个赛场上，虽然有黯然离场的退赛者，却也不乏一些新晋选手正摩拳擦掌、跃跃欲试。
 

        曾颠覆手机行业的科技巨头苹果就是其中一家。自今年2月份苹果挖走了英特尔5G项目的重要工程师乌玛先卡·斯亚咖依后，基本可以确定苹果要自研5G调制解调器。同时上月也出现了苹果有意收购英特尔德国调制解调器部门、以加速自研进程的消息，但在分析师看来，苹果自研的5G调制解调器短时间内难以推出，最快也要在2022或者2023年推出。
 

        苹果自研5G芯片，无非是为了减少对芯片厂商的依赖，不过苹果若想在明年推出5G iPhone，预计也只能无缘自研产品，而是采用高通的调制解调器。有分析师预计，苹果和高通此前达成的和解协议，可能包括高通向苹果提供部分5G基带芯片源代码，以帮助苹果进行相关的研发。
 

        还有一家选手可能出乎大家意料，那就是曾经因为美国的针对而最终被迫交上14亿美元“学费”的中兴。在6月28日，中兴召开的股东大会上，CEO徐子阳透露，中兴微电子目前正在研发7nm 5G芯片，预计会在2019年下半年实现量产。
 

        据悉，中兴这一5G芯片，同样支持SA以及NSA网络。虽然中兴曾经因为贸易战“跌倒”过，然而，今时不同往日，中兴的5G专利势如破竹。原本在4月份还排在第五的中兴，以216件专利数的增长幅度强势超过排在前面的三星和LG，占据5G SEP专利数全球第三的宝座。
 

        我们知道，技术革命离不开数据的爆炸式增长，而未来万物互联以及海量数据的传输离不开5G通信技术。对于5G技术来说，其核心关键技术则在于5G芯片。5G芯片的前世，离不开华为和高通的“领头羊”效应，在今生，三星和联发科奋起直追，苹果和中兴斗志昂扬。那么，谁能在5G重新洗牌的过程中夺得先机？新玩家的加入又将会带来怎样的格局变化？这一切，等待时间给予答案。