5G手機晶片簡史

5G手機晶片簡史

轉自丨鮮棗課堂

作者丨小棗君


2020年,是國內5G網路全面商用的第一年。雖然我們遭受了新冠疫情的衝擊,但5G的建設步伐並沒有受到太多影響(反而有所刺激)。

根據工信部副部長劉烈宏前天在世界網際網路大會的發言資料,中國目前已經建成5G基站70萬個,佔全球比例接近70%,5G連線終端超過1.8億。而運營商提供的資料則顯示,國內的5G套餐使用者數已經超過2億(中移1.29億,電信0.72億,聯通未公佈)。

在手機方面,根據信通院的統計,1-10月國內市場5G手機上市新機型183款,累計出貨1.24億部,佔比為49.4%。

毫無疑問,5G手機現在已經成為市場的主流、使用者的首選。

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5G手機

回顧5G手機這些年來的發展歷程,其實並不平坦。圍繞5G手機的紛爭,從來就沒有停止過。

最開始的時候,大家爭論“誰是第一款5G手機(晶片)”。後來,開始爭“NSA是不是假5G”。再後來,又爭“整合基帶和外掛基帶”。再再後來,爭“有沒有必要支援N79頻段”……

對於不太懂技術的普通使用者來說,這些無休止的爭吵實在是讓人懵圈——不就是買個5G手機麼?怎麼就這麼麻煩呢?

其實,爭來爭去,主要原因還是因為5G晶片技術的不成熟。或者說,這些都是5G手機發展早期的正常現象。

5G手機和4G手機的最大區別,在於是否支援5G網路。而5G網路的支援與否,主要由手機的基帶晶片決定。

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基帶晶片(高通X55)

基帶晶片(有時候簡稱“基帶”),有點像手機的“網絡卡”、“貓(調變解調器)”。而大家常說的SoC晶片(System-on-a-Chip,片上系統、系統級晶片),有點像電腦的CPU處理器。

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5G SoC晶片(聯發科)

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注:基帶晶片不一定整合在SoC晶片內部(後文會介紹)

有了5G基帶晶片,手機才能夠接入5G網路。所以說,5G手機的發展史,其實就是5G晶片的發展史。而5G晶片的發展史,又和5G基帶密不可分。

是不是有點暈?別急,我們還是從頭開始說起吧。

2016-2018年:第一代5G晶片

全球第一款5G基帶晶片,來自老牌晶片巨頭——美國高通(Qualcomm)。

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高通在2016年10月,就釋出了X50 5G基帶晶片。那時候,全球5G標準都還沒制定好。

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因為推出時間確實太早,所以X50的效能和功能都比較弱,主要用於一些測試或驗證場景。沒有哪個手機廠商敢拿這款基帶去批次生產5G手機。

到了2018年2月,華為在巴塞羅那MWC世界移動大會上,釋出了自己的第一款5G基帶——巴龍5G01(Balong 5G01)。華為稱之為全球第一款符合3GPP 5G協議標準(R15)的5G基帶。

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巴龍Balong 5G01

不過,這款5G01基帶,技術也還不夠成熟,沒辦法用在手機上,只能用在5G CPE上。

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CPE:把5G訊號轉成Wi-Fi訊號的小裝置。

緊接著,聯發科、三星和英特爾,陸續在2018年釋出了自己的5G基帶晶片(當時都沒商用)。

我們姑且把這些5G基帶叫做第一代5G基帶吧。

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資料僅供參考(部分是PPT晶片,你懂的)

這一代晶片有一個共同特點——它們都是透過“外掛方式”搭配SoC晶片進行工作的。

也就是說,基帶並沒有被整合到SoC晶片裡面,而是獨立在SoC之外。

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整合VS外掛,當然是整合更好。整合基帶在功耗控制和訊號穩定性上,明顯要優於外掛基帶。

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“外掛”,相當於這樣

可是沒辦法,當時的技術不成熟,只能外掛。

總而言之,2018年,5G手機基本處於無“芯”可用的狀態,市面上也沒有商用釋出的5G手機。


2019年:第二代5G晶片

到了2019年,情況不同了。

隨著5G第一階段標準(R15)的確定、第二階段標準(R16)的推進,各個晶片廠商的技術不斷成熟,開始有了第二代5G基帶。

首先有動作的,是華為。

華為在2019年1月,釋出了巴龍5000(Balong5000)這款全新的5G基帶。支援SA和NSA,採用7nm工藝,支援多模。

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綜合來說,筆者個人認為,這是第一款達到購買門檻的5G基帶。

緊接著,高通在2月份,釋出了X55基帶,也同時支援SA/NSA,也是7nm,也支援多模。從紙面資料上來說,X55的指標強於Balong5000。

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不過,華為的動作更快。

2019年7月,就在高通X55還停留在口頭宣傳上的時候,華為採用“麒麟980+外掛巴龍5000”的方案,釋出了自己的第一款5G手機——Mate20 X 5G。 這也是國內第一款獲得入網許可證的5G手機。

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因為高通的X55要等到2020年一季度才能批量出貨,所以,當時包括小米、中興、VIVO在內的一眾手機廠商,只能使用外掛X50基帶的高通SoC晶片,釋出自家5G旗艦。

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站在客觀角度,只看5G通訊能力的話,這差距是非常明顯的。

當時,圍繞SA和NSA,爆發了很大的爭議。很多人認為,僅支援NSA的手機是“假5G”手機,到了2020年會無法使用5G網路。

這種說法並不準確。事實上,NSA和SA都是5G。在SA獨立組網還沒有商用的前提下,僅支援NSA也是夠用的。

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2019年9月,華為又釋出了麒麟990 5G SoC晶片,採用7nm EUV工藝,更加拉開了差距。

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所以,在2019年中後期的很長一段時間內,華為5G手機大賣特賣,銷量一騎絕塵。

9月4日,三星釋出了自家的5G SoC,Exynos 980(獵戶座980),採用8nm工藝。

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一個月後,三星又釋出了Exynos 990(獵戶座990)。相比於Exynos 980整合5G基帶,Exynos 990反而是外掛的5G基帶(Exynos Modem 5123),令人費解。

正當大家覺得失衡的局面要持續到X55上市時,一匹黑馬殺出來了,那就是來自寶島臺灣的晶片企業——聯發科(MEDIATEK)

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11月26日,聯發科釋出了自家的5G SoC晶片——天璣1000,紙面引數和效能跑分都全面領先,頓時炸開了鍋。

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12月5日,姍姍來遲的高通終於釋出了自家的新5G SoC晶片,分別是驍龍765和驍龍865。

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高通是國內各大手機廠商(華為除外)的主要晶片供應商。包括小米、OPPO、vivo在內的眾多廠家,都在等高通的這款驍龍865晶片。不過,驍龍865推出之後,大家發現,這款晶片仍然是外掛基帶。(驍龍765是整合基帶,集成了X52,支援5G,但是整體效能弱於865,定位中端。)

我們把這幾家廠商的SoC晶片放在一起,比較一下吧:

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當時(2019年底)的紙面資料,僅供參考

三星的晶片基本上是三星手機自己在用。這些年,三星手機在國內的市場份額不斷下滑,基本退出了第一陣營的爭奪。所以,實際上國內市場就是華為、高通、聯發科三家在激烈競爭。

我們具體看一下當時這些晶片的引數差異

從工藝製程來看,幾款晶片都是7nm,但是EUV(極紫外光刻,Extreme Ultra-violet)比傳統工藝要強一些。

從組網支援來看,NSA和SA,大家都同時支援,沒什麼好說的。

最主要的區別,集中在基帶外掛/整合,毫米波支援,以及連線速度上。

1.基帶外掛

關於這個問題,雖然前面我們說整合肯定比外掛好。但是這裡的情況有點特殊:

華為之所以集成了5G基帶,並不代表他完全強於高通。有一部分原因,是因為華為麒麟990採用的是2018年ARM的A76架構(其它幾家是2019年5月ARM釋出的A77架構)。A77整合5G基帶難度更大。

而且,華為整合5G基帶,也犧牲了一部分的效能。這就是上面表格中,華為連線速率指標明顯不如其它三家的原因之一。

換言之,以當時(2019年底)的技術,想要做到效能、功耗、整合度的完美平衡,非常非常困難。

聯發科這一點很牛。它的天璣1000,既採用了A77架構,又做到了基帶整合,整體效能不輸對手,令人出乎意料。

2.毫米波

高通驍龍865不支援整合,有一部分原因是因為毫米波(支援毫米波之後,功耗和體積增加,就沒辦法集成了)。

什麼是毫米波?5G訊號是工作在5G頻段上的。3GPP標準組織對5G頻段有明確的定義。分為兩類,一類是6GHz(後來3GPP改為7.125GHz)以下的,我們俗稱Sub-6頻段。另一類是24GHz以上的,俗稱毫米波頻段。

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高通的SoC晶片,為什麼要支援毫米波頻段呢?

因為他要兼顧美國市場。美國運營商AT&T;在使用毫米波頻段。除了美國等少數國家之外,大部分國家目前還沒有使用毫米波5G。

3.連線速度

最後就是看連線速度

拋開毫米波,我們只看Sub-6的速度。天璣1000的公佈資料比其它兩家快了一倍。

這個地方也是有原因的。因為天璣採用了雙載波聚合技術,將兩個100MHz的頻率頻寬聚合成200MHz來用,實現了速率的翻倍。

值得一提的是,這個100MHz+100MHz,基本上就是為聯通電信5G共享共建量身定製的。他們倆在3.5GHz剛好各有100MHz的頻段資源。

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4.N79頻段支援

最後,我們再來說說N79這個事情。當時圍繞這個N79,也爆發了不少口水戰。

前面我說了,5G有很多個頻段。Sub-6GHz的頻段,如下所示:

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N79頻段,就是4400-5000MHz。

下面這個,是國內運營商5G頻段分佈:

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很清楚了,聯通或電信使用者,無需理會N79,因為用不到。

那移動使用者是不是一定要買支援N79頻段的5G手機呢?答案是:不一定。當時移動還沒有用N79。不過,後期應該會用。

站在普通消費者的角度,如果我是移動使用者,當然會傾向購買支援N79頻段的5G手機,一步到位。

這麼一看的話,華為又佔了優勢:

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是吧?搞來搞去,三家就是各有千秋。

以上,就是2019年年底各家5G SoC晶片的大致情況。


2020年:第2.5代5G晶片

進入2020年後,受新冠疫情的影響,5G晶片和手機的釋出速度有所放慢。

最先有動作的,是聯發科

前面我們說到,聯發科釋出了紙面資料爆表的天璣1000。可是,後來我們一直沒有看到搭載天璣1000的手機問世,只看到兩款搭載了天璣1000L(天璣1000的縮水版)的手機。

2020年5月7日,在消費者苦等半年之後,聯發科線上釋出了天璣1000的升級版——天璣1000plus(天璣1000+)。

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從聯發科釋出的資訊看,硬體升級不大,主要是透過軟體調優,在功耗、遊戲體驗、螢幕重新整理率,以及影片畫質上進行提升。

不久後的5月19日,vivo釋出了首款搭載天璣1000Plus晶片的機型——iQOO Z1,售價2198元起。

高通方面,2020年2月12日,三星S20釋出會上,高通驍龍865正式亮相。此後,陸續被搭載在各大手機廠商的旗艦手機上,成為2020年的主流5G SoC晶片。

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2020年搭載驍龍865晶片的主要機型

2020年10月,華為隨同Mate 40 Pro釋出了麒麟9000晶片。該晶片基於5nm工藝製程,集成了5G基帶(還是巴龍5000),效能上有所升級,支援5G超級上行(Super Uplink)和下行載波聚合(CA),上下行速率比其它手機有明顯提升。

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因為眾所周知的制裁原因,華為晶片局面日益艱難。在Mate 40的釋出會上,餘承東表示,麒麟9000很可能是最後一代華為麒麟高階晶片

同樣是10月,蘋果公司推出了iPhone12,這是第一款支援5G的iPhone。iPhone12使用的是自家的A14仿生晶片,採用的是臺積電5nm工藝,外掛了一顆高通 X55 5G基帶晶片。

以上,就是截至目前5G晶片的整個發展歷程。

當然了,故事還沒有結束。

根據此前曝光的訊息,聯發科即將推出基於6nm工藝的天璣2000晶片(據說華為P50可能搭載)。

而高通基於5nm的驍龍875,也很有可能在12月初發布,明年Q1商用。據說,驍龍875將會整合高通在今年2月就已經發布的X60基帶。

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值得一提的還有紫光展銳。他們在此前虎賁T7510的基礎上,推出了新款5G手機SoC晶片虎賁T7520。該晶片採用6nm EUV的製程工藝,搭載自研的春藤510 5G基帶,據稱技術成熟,明年(2021年)將實現量產。

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不管怎麼說,2020行將結束,2021即將開啟。隨著5G網路建設的不斷深入,越來越多的使用者將投入5G的懷抱。這也就意味著,圍繞5G手機和晶片的江湖紛爭,將會愈演愈烈。

究竟誰能夠在這場紛爭中笑到最後?只能讓時間來告訴我們答案了……


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