5G是第五代移動通信技術,是4G之后的延伸。5G時代,除了關注傳統的移動通信之外,也涉及了更多的物聯網應用。據國際電信聯盟(ITU)制定的5G標準中,定義了5G未來的三大應用場景,增強移動帶寬(eMBB)、低時延高可靠通信(uRLLC)和大規模機器通信(mMTC),前者主要關注移動通信,后兩者主要關注物聯網。截止到目前(2018年9月),5G的標準還沒有完全凍結,只完成了第一階段,即eMBB標準和部分uRLLC標準。
本文引用地址:其中eMBB應用場景(由于技術積累,更容易實現)主要關注的是移動通信領域,即手機終端市場。而在移動通信傳輸過程中,影響傳輸質量的最主要的芯片就是基帶芯片(由于高度集成,也可叫調制解調芯片或基帶調制解調芯片) ,其作用是將傳統的聲音、圖像等模擬信號(連續變化的物理信號)編譯成可識別或處理的低頻的信號,后可通過射頻模塊(將低頻信號變成高頻信號),經天線(更適合傳輸高頻信號)發送到基站。而5G由于使用頻段(指的是一定的頻率范圍,如4.4GHz-6GHz就是一個頻段,其中4.4GHz指的是一個頻率點)的改變,使得手機的內的基帶芯片需要進行重新設計。據思略特分析,2016年全球基帶芯片設計廠商出貨量前六位分別為高通、聯發科、展訊、三星、Intel和華為,分別占比為33.7%、29.7%、23.4%、4.7%、3%和2.1%。其中,高通、Intel、三星和華為技術較強,占據了高端市場。而在5G時代,四大廠商也率先完成了新一代的5G調制解調芯片研發。
一、高通是全球率先研制出5G調制解調芯片的廠商
2016年10月,高通公司在香港宣布正式推出驍龍X50 5G調制解調器,使得高通成為了全球首家發布商用5G調制解調器芯片的基帶研發廠商。而Intel在一年后才發布世界上另一款5G調制解調芯片XMM8060。華為作為中國通信領域的龍頭企業,面對5G的巨大應用市場,也于2018年2月,正式發布了其自主研發的5G調制解調芯片巴龍(Balong)5G01。三星由于通信基帶的研發技術欠缺,只能采購高通的芯片來彌補,而在2018年2月,高通正式對外公布的18家ODM(企業出方案,高通定制做芯片;而OEM指的是高通出方案,其他企業代為制造)合作廠商中,沒有出現三星的名字,標志著三星已正式啟用自研芯片,直到8月份,三星發布了其首款5G調制解調芯片Exynos Modem 5100。
二、華為第一代5G芯片制程工藝最高
芯片工藝也指的是制造工藝,單位為nm,指的是晶體管門電路的尺寸。根據摩爾定律,每18個月,單位面積上的晶體管數量就會增加一倍,性能也會增加一倍。為了實現晶體管的數量翻倍,業界制程工藝基本以0.7倍的縮小來實現翻倍,相繼出現了45nm、32nm和28nm,而近兩年又出現了14nm、10nm以至于7nm,制造工藝的不斷縮小,以此來不斷提高單芯片的性能。而在5G調制解調器芯片上,華為是第一家使用7nm的公司,在第一款芯片上,遠超過其他廠家(據報道,后期高通芯片也將采用7nm制造工藝)。
三、三星首款5G芯片支持的頻段最多
由于5G使用的是高頻段,在2015年2月,三星自行測試過程中,發現了28GHz頻率可用于手機通信。在ITU公布的全球可用頻譜的建議列表中,包括24.25–27.5GHz ,31.8–33.4GHz ,37–40.5GHz ,40.5–42.5GHz ,45.5–50.2GHz ,50.4–52.6GHz ,66–76GHz ,81–86GHz,而未包括28GHz。但在ITU提出后不久,美國聯邦通信委員會(FCC)于2015年10月宣布可針對28GHz、37GHz、39GHz與64~71GHz頻帶做全新的服務規則。在5G調制解調芯片中,所有的廠商都支持28GHz毫米波高頻段,部分廠商支持6GHz以下的低頻段(為了適應中國),目前,只有三星公司研制出的芯片支持39GHz的芯片。
當前,華為的此款5G芯片尺寸較大,不太適應于移動端(手機中),華為預計2019年推出使用移動端的5G芯片。另一個基帶芯片設計廠商聯發科預計2019年可正式商用5G基帶芯片。以上只是列舉了各廠商研發出的單片5G調制解調芯片的部分參數,而要想實現芯片的量產,還存在不少難題,如必須兼容3G/4G,頻譜的廣泛性、芯片的運算能力,芯片本身的功耗及尺寸等,要量產出適合全球不同國家、不用地區的頻段,還需要更多的努力,但各大廠商已經走出了第一步。
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