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5G基带芯片产形成五足鼎立之态,为何只有五家厂商能做?

2019/04/24
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放眼全球,即使强如英特尔,在 5G 基带芯片的研发过程中也颇为不顺,由于种种原因以“失败”告终,5G 基带芯片有这么难吗?
 
一周前,曾经“大打出手”的高通与苹果再次牵手,也宣示苹果与英特尔在 5G 芯片合作的破裂。
 
随后,英特尔宣称退出 5G 手机调制解调器业务,并会加强 4G 调制解调器的研发拓展,但公司仍会关注 5G 网络的设施业务。
 
 
据英特尔官方说法,之所以做出这样的决策,是因为没有可观的盈利模式。是否盈利无非两个条件,一是市场需求量,二是成本。实际上,英特尔退出 5G 基带芯片也早有端倪,在今年 2 月份的 MWC2019 巴展期间,英特尔透露与紫光展锐的 5G 合作已经终止。而紫光展锐也在同一天发布了其首款 5G 多模基带芯片,并宣称完全自主研发。
 
英特尔退出后,全球 5G 基带大规模商用的玩家就剩下了 5 位:中国大陆的华为海思和紫光展锐、美国的高通、韩国的三星、以及中国台湾的联发科
 
放眼全球,即使强如英特尔,在 5G 基带芯片的研发过程中也颇为不顺,由于种种原因以“失败”告终,5G 基带芯片有这么难吗?
 
基带芯片开发有多难?
什么是基带芯片?要想使手机具备最基本的打电话和发短信功能,就需要手机有射频部分、基带部分、电源管理、外设、软件。其中射频部分和基带部分是基带芯片的核心。射频部分一般是信息发送和接收的部分;基带部分一般是信息处理的部分。基带芯片就是用来合成即将发射的基带信号,或对接收到的基带信号进行解码。
 
说白了,基带芯片就如同一个翻译官。
 
为什么基带芯片开发这么难?
如果仅仅是单一网络单一频谱可用的话,只是做到能用的地步并不难。问题是能用不是目的,可用才是关键。要想开发一个可以正式商用的基带芯片,就没那么简单了。作为一个通信系统内的芯片,它必须支持全模全频段,包括美洲频段,欧洲频段,中国频段。
 
更麻烦的是除了这么多网络制式之外,还包括不同通信设备的设备兼容。包括爱立信、华为、中兴等。由于运营商在组网时所用设备的不确定性,所以最保险的方式就是全设备兼容支持。
 
除此之外,虽然大家都是按 3GPP 标准协议开发的,但是协议上很多内容是很模糊的,这样理解也对,那样理解也没错,这就造成了都是按 3GPP 标准协议做出来的设备在细节上有很大的差异,也是造成不同厂商有兼容性问题的原因。
 
到了 5G 时代,5G 基带芯片的研发难度更是剧增。
 
 
首先,从标准的角度来说,相比 4G,5G 的研发是颠覆性的。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,并没有统一的标准,直到 2018 年 6 月首个 5G 标准才正式冻结。而这期间,对于研发来说,需要一边参与解读 5G 标准,一边开展 5G 研发。
 
其次,从技术端方面来看,5G 的终端复杂性比 4G 更高。5G 的运算复杂度比 4G 提高了近 10 倍,存储量提高了 5 倍。同时还得保证多种通信模式的兼容支持,以及各个运营商组网的需求。
 
目前国内 4G 手机所需要支持的模式已经达到 6 模,到 5G 时代将达到 7 模。中国移动、中国联通、中国电信三大运营商的 4G/3G/2G 网络包括 TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、CDMA(EVDO、2000)、WCDMAGSM,可以说测试一颗芯片要跑遍全球运营商。
 
第三,从功耗方面来看,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。因此在做芯片设计的时候,一方面通过制程工艺提升降低功耗,另一方面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。
 
5G 芯片的研发是一个复杂的过程,除需要长期投入之外,还需要软件、硬件、测试、多媒体等不同领域的工程师共同协作。这不仅考验着工程师和研发团队的实力,也考验着芯片厂商的竞争实力,缺一不可。
 
面对高难度的基带芯片研发,失败者不在少数。
 
失败者的身影还历历在目
十几年前,有很多著名的芯片公司都销售智能手机 CPU,但最终却不得不退出这个市场,其中很重要的一个原因就是它们在基带芯片的开发上跟不上潮流,不提当今的 5G ,曾经的 4G LTE 基带就是一个极难的门槛。
 
这些失败的公司包括:德州仪器,Marvell,英伟达,飞思卡尔, 博通ADI…等等,甚至连诺基亚这样的老牌通讯公司也没有成功。
 
 
诺基亚最初是想自己研发 4G LTE 基带芯片的。在诺基亚将手机部门卖给微软的时候,基带进展就十分缓慢。
 
2010 年,当时的诺基亚西门子公司将这个部门卖给了日本瑞萨公司。过了三年,这个研发团队还是没有进展,于是在 2013 年日本瑞萨公司将这个部门卖给了美国博通公司。
 
在博通又研发了一年,仍然没有进展,博通公司就把这个部门解散了,彻底放弃 4G 基带。
 
由此可见,基带的研发不是随便一个半导体企业就能做的,持之以恒的资源投入也无法保证会出结果。
 
正因为 5G 芯片的研发有着让人意想不到的艰难,这也决定了在 5G 竞争入局的高门槛,只有少部分有积累实力强劲的竞争对手才能参与其中,入局者只会越来越少。如今在这场战局中,随着英特尔的退出,全球 5G 商用格局基本成型,只剩下高通、三星、联发科、华为、紫光展锐这五位。
 
5G 芯片的竞争格局仅剩 5 家
从发布时间来看,高通和三星算是领先了对手。
 
2017 年 10 月,高通正式拿出全球首款 5G 基带芯片 X50。它采用 28nm 工艺制造,峰值达到 5Gbps,但不支持 4G/3G/2G ,只能采用“外挂”形式。
 
但其升级版 X55 于 2019 年 2 月发布,正式商用时间为 2019 年年底。采用 7nm 制造工艺,支持毫米波和 sub-6G 频段,兼容 4G/3G/2G。
 
随后,2018 年 8 月 15 日,三星也发布了 5G 基带 Exynos Modem 5100,采用自家 10nm 工艺制程。
 
而近年来有些低调的联发科也已公布了自家 5G 基带 M70,采用台积电 7nm 工艺制程。联发科首席执行官表示,M70 将于 2019 年上半年正式投入生产,预计下半年量产商用。
 
1 月 24 日,被业界寄予厚望的华为消费者业务 CEO 余承东正式面向全球发布了基于 7nm 的 5G 多模终端芯片——Balong 5000(巴龙 5000),并展示了基于该芯片的首款 5G 商用终端——华为 5G CPE Pro。它不仅是世界上首款单芯片多模 5G 基带芯片,同时还支持 2G、3G、4G、5G 合一的单芯片解决方案,能耗更低、性能更强。
 
 
相隔不久,紫光展锐在 MWC 2019 世界通信大会期间,发不了首款 5G 基带芯片“春藤 510”。春藤 510 基带芯片采用台积电 12nm 制程工艺,支持多项 5G 关键技术,单芯片统一支持 2G/3G/4G/5G 多种通信模式,符合最新的 3GPP R15 标准规范,支持 Sub-6GHz 频段、100MHz 带宽,同时支持 5G SA 独立组网、NSA 非独立组网两种组网方式,是一款高集成、高性能、低功耗的 5G 基带芯片。
 
 
从芯片制程来看,高通、华为和联发科为 7nm;三星和英特尔 10nm。
 
5 家芯片设计企业,华为海思以华为终端为主,三星自产自销,事实上的供应商只有紫光展锐、高通和联发科。不过,不久前任正非表示华为 5G 基带芯片将对包括苹果在内的第三方开放,供应商格局或许有变。
 
华为开放基带的影响
在苹果与高通再次牵手之前,相关报道指出,苹果与三星接触欲商量洽谈购买基带芯片,但三星却以产能不足为由回绝了苹果的订单。从市场战略考虑,在 5G 发展前期三星的 5G 基带有很大概率是不对外供给的。
 
在苹果公司面深陷 5G 基带芯片供货问题时,华为伸出援手,表示自己的基带芯片可以向包括苹果公司在内的第三方出售。
 
在三星与华为的一正一反的两种态度上,似乎可以说明华为对其自身知识产权的态度发生了重大转变。
 
我们知道,华为的麒麟 980 和基带芯片,一直以来都是不对外供应的。而华为作为一家通讯公司,很多人对其也并不了解。
 
实际上,以手机为主的消费电子只是华为的副业,华为通信部门才是公司的根基。在通信领域,华为不仅仅是设备制造商,而是 4G 和 5G 唯二的核心专利拥有者。而且华为拥有从标准到产品的完整产业链,也是目前 5G 商用设备最成熟也可以说唯一方案提供商。
 
如若华为基带芯片的产能达到需求,开放售卖,则是唯一一个能够在 5G 终端市场抗衡高通的企业,也会给众多手机厂商带来不同的选择。
 
总结:移动通信技术演进到 5G,手机基带芯片的集成度越来越高,基带平台厂商大玩家如今只剩下 5 家,其中欧洲已基本出局。鉴于华为与三星的自产自销需求,事实上可选择的供应商只有紫光展锐、高通和联发科。手机基带芯片已经变成了卖方市场,这也是苹果不得不再次投入高通怀抱的主要原因。5G 的争夺,关系信息产业的未来。

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