時間過得真快,還有一個多月,2020年就要結束了。 今年,是國內5G網絡全面商用的第一年。雖然我們遭受了新冠疫情的沖擊,但5G的建設步伐并沒有受到太多影響(反而有所刺激)。 5G基站 根據工信部副部長劉烈宏前天在世界互聯網大會的發言數據,中國目前已經建成5G基站70萬個,占全球比例接近70%,5G連接終端超過1.8億。而運營商提供的數據則顯示,國內的5G套餐用戶數已經超過2億(中移1.29億,電信0.72億,聯通未公布)。 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,占比為49.4%。 毫無疑問,5G手機現在已經成為市場的主流、用戶的首選。 回顧5G手機這些年來的發展歷程,其實并不平坦。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(芯片)”。后來,開始爭“NSA是不是假5G”。再后來,又爭“集成基帶和外掛基帶”。再再后來,爭“有沒有必要支持N79頻段”…… 對于不太懂技術的普通用戶來說,這些無休止的爭吵實在是讓人懵圈——不就是買個5G手機么?怎么就這么麻煩呢?
其實,爭來爭去,主要原因還是因為5G芯片技術的不成熟。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,在于是否支持5G網絡。而5G網絡的支持與否,主要由手機的基帶芯片決定。
基帶芯片(有時候簡稱“基帶”),有點像手機的“網卡”、“貓(調制解調器)”。而大家常說的SoC芯片(System-on-a-Chip,片上系統、系統級芯片),有點像電腦的CPU處理器。
注:基帶芯片不一定集成在SoC芯片內部(后文會介紹) 有了5G基帶芯片,手機才能夠接入5G網絡。所以說,5G手機的發展史,其實就是5G芯片的發展史。而5G芯片的發展史,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芯片
全球第一款5G基帶芯片,來自老牌芯片巨頭——美國高通(Qualcomm)。
高通在2016年10月,就發布了X505G基帶芯片。那時候,全球5G標準都還沒制定好。
因為推出時間確實太早,所以X50的性能和功能都比較弱,主要用于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量生產5G手機。 到了2018年2月,華為在巴塞羅那MWC世界移動大會上,發布了自己的第一款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。
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。 緊接著,聯發科、三星和英特爾,陸續在2018年發布了自己的5G基帶芯片(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。
數據僅供參考(部分是PPT芯片,你懂的) 這一代芯片有一個共同特點——它們都是通過“外掛方式”搭配SoC芯片進行工作的。 也就是說,基帶并沒有被集成到SoC芯片里面,而是獨立在SoC之外。
集成VS外掛,當然是集成更好。集成基帶在功耗控制和信號穩定性上,明顯要優于外掛基帶。 可是沒辦法,當時的技術不成熟,只能外掛。 總而言之,2018年,5G手機基本處于無“芯”可用的狀態,市面上也沒有商用發布的5G手機。 ▉ 2019年:第二代5G芯片 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,各個芯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,發布了巴龍5000(Balong5000)這款全新的5G基帶。支持SA和NSA,采用7nm工藝,支持多模。
綜合來說,小棗君個人認為,這是第一款達到購買門檻的5G基帶。 緊接著,高通在2月份,發布了X55基帶,也同時支持SA/NSA,也是7nm,也支持多模。從紙面數據上來說,X55的指標強于Balong5000。
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,華為采用“麒麟980+外掛巴龍5000”的方案,發布了自己的第一款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。
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芯片,發布自家5G旗艦。
站在客觀角度,只看5G通信能力的話,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,僅支持NSA的手機是“假5G”手機,到了2020年會無法使用5G網絡。 這種說法并不準確。事實上,NSA和SA都是5G。在SA獨立組網還沒有商用的前提下,僅支持NSA也是夠用的。
2019年9月,華為又發布了麒麟9905G SoC芯片,采用7nm EUV工藝,更加拉開了差距。
所以,在2019年中后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,三星發布了自家的5G SoC,Exynos 980(獵戶座980),采用8nm工藝。
一個月后,三星又發布了Exynos 990(獵戶座990)。相比于Exynos 980集成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芯片企業——聯發科(MEDIATEK)。
11月26日,聯發科發布了自家的5G SoC芯片——天璣1000,紙面參數和性能跑分都全面領先,頓時炸開了鍋。小棗君當時還專門寫了一篇文章介紹:鏈接
12月5日,姍姍來遲的高通終于發布了自家的新5G SoC芯片,分別是驍龍765和驍龍865。
高通是國內各大手機廠商(華為除外)的主要芯片供應商。包括小米、OPPO、vivo在內的眾多廠家,都在等高通的這款驍龍865芯片。不過,驍龍865推出之后,大家發現,這款芯片仍然是外掛基帶。(驍龍765是集成基帶,集成了X52,支持5G,但是整體性能弱于865,定位中端。) 我們把這幾家廠商的SoC芯片放在一起,比較一下吧:
當時(2019年底)的紙面數據,僅供參考 三星的芯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芯片的參數差異: 從工藝制程來看,幾款芯片都是7nm,但是EUV(極紫外光刻,Extreme Ultra-violet)比傳統工藝要強一些。 從組網支持來看,NSA和SA,大家都同時支持,沒什么好說的。 最主要的區別,集中在基帶外掛/集成,毫米波支持,以及連接速度上。
基帶外掛
關于這個問題,雖然前面我們說集成肯定比外掛好。但是這里的情況有點特殊: 華為之所以集成了5G基帶,并不代表他完全強于高通。有一部分原因,是因為華為麒麟990采用的是2018年ARM的A76架構(其它幾家是2019年5月ARM發布的A77架構)。A77集成5G基帶難度更大。 而且,華為集成5G基帶,也犧牲了一部分的性能。這就是上面表格中,華為連接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,想要做到性能、功耗、集成度的完美平衡,非常非常困難。 聯發科這一點很牛。它的天璣1000,既采用了A77架構,又做到了基帶集成,整體性能不輸對手,令人出乎意料。
毫米波
高通驍龍865不支持集成,有一部分原因是因為毫米波(支持毫米波之后,功耗和體積增加,就沒辦法集成了)。 什么是毫米波?5G信號是工作在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(后來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。
高通的SoC芯片,為什么要支持毫米波頻段呢? 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。
連接速度
最后就是看連接速度。 拋開毫米波,我們只看Sub-6的速度。天璣1000的公布數據比其它兩家快了一倍。 這個地方也是有原因的。因為天璣采用了雙載波聚合技術,將兩個100MHz的頻率帶寬聚合成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共享共建量身定制的。他們倆在3.5GHz剛好各有100MHz的頻段資源。
N79頻段支持
最后,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:
N79頻段,就是4400-5000MHz。 下面這個,是國內運營商5G頻段分布:
很清楚了,聯通或電信用戶,無需理會N79,因為用不到。 那移動用戶是不是一定要買支持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,后期應該會用。 站在普通消費者的角度,如果我是移動用戶,當然會傾向購買支持N79頻段的5G手機,一步到位。 這么一看的話,華為又占了優勢:
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芯片的大致情況。
▉ 2020年:第2.5代5G芯片
進入2020年后,受新冠疫情的影響,5G芯片和手機的發布速度有所放慢。
最先有動作的,是聯發科。
前面我們說到,聯發科發布了紙面數據爆表的天璣1000。可是,后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后,聯發科線上發布了天璣1000的升級版——天璣1000plus(天璣1000+)。
從聯發科發布的信息看,硬件升級不大,主要是通過軟件調優,在功耗、游戲體驗、屏幕刷新率,以及視頻畫質上進行提升。
不久后的5月19日,vivo發布了首款搭載天璣1000Plus芯片的機型——iQOO Z1,售價2198元起。
高通方面,2020年2月12日,三星S20發布會上,高通驍龍865正式亮相。此后,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芯片。
2020年搭載驍龍865芯片的主要機型
2020年10月,華為隨同Mate 40 Pro發布了麒麟9000芯片。該芯片基于5nm工藝制程,集成了5G基帶(還是巴龍5000),性能上有所升級,支持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。
因為眾所周知的制裁原因,華為芯片局面日益艱難。在Mate 40的發布會上,余承東表示,麒麟9000很可能是最后一代華為麒麟高端芯片。
同樣是10月,蘋果公司推出了iPhone12,這是第一款支持5G的iPhone。iPhone12使用的是自家的A14仿生芯片,采用的是臺積電5nm工藝,外掛了一顆高通 X55 5G基帶芯片。
以上,就是截至目前5G芯片的整個發展歷程。 當然了,故事還沒有結束。 根據此前曝光的消息,聯發科即將推出基于6nm工藝的天璣2000芯片(據說華為P50可能搭載)。 而高通基于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將會集成高通在今年2月就已經發布的X60基帶。
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芯片虎賁T7520。該芯片采用6nm EUV的制程工藝,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。
不管怎么說,2020行將結束,2021即將開啟。隨著5G網絡建設的不斷深入,越來越多的用戶將投入5G的懷抱。這也就意味著,圍繞5G手機和芯片的江湖紛爭,將會愈演愈烈。 究竟誰能夠在這場紛爭中笑到最后?只能讓時間來告訴我們答案了……
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原文標題:5G手機芯片簡史
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原文標題:5G手機芯片簡史
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