5G手机芯片简史

IM2MakerOpr 2个月前 (12-01)

华为、高通、三星、联发科、紫光展锐……究竟谁能够在这场纷争中笑到最后?

本文转载自:鲜枣课堂(ID:xzclasscom)

时间过得真快,还有不到一个月,2020年就要结束了。

今年,是国内5G网络全面商用的第一年。虽然我们遭受了新冠疫情的冲击,但5G的建设步伐并没有受到太多影响(反而有所刺激)。

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图 | 5G基站

根据工信部副部长刘烈宏前天在世界互联网大会的发言数据,中国目前已经建成5G基站70万个,占全球比例接近70%,5G连接终端超过1.8亿。而运营商提供的数据则显示,国内的5G套餐用户数已经超过2亿(中移1.29亿,电信0.72亿,联通未公布)。

手机方面,根据信通院的统计,1-10月国内市场5G手机上市新机型183款,累计出货1.24亿,占比为49.4%。

毫无疑问,5G手机现在已经成为市场的主流、用户的首选。

图 | 5G手机

回顾5G手机这些年来的发展历程,其实并不平坦。围绕5G手机的纷争,从来就没有停止过。

最开始的时候,大家争论“谁是第一款5G手机(芯片)”。后来,开始争“NSA是不是假5G”。再后来,又争“集成基带和外挂基带”。再再后来,争“有没有必要支持N79频段”……

对于不太懂技术的普通用户来说,这些无休止的争吵实在是让人懵圈——不就是买个5G手机么?怎么就这么麻烦呢?

其实,争来争去,主要原因还是因为5G芯片技术的不成熟。或者说,这些都是5G手机发展早期的正常现象。

5G手机和4G手机的最大区别,在于是否支持5G网络。而5G网络的支持与否,主要由手机的基带芯片决定。

图 | 基带芯片(高通X55)

基带芯片(有时候简称“基带”),有点像手机的“网卡”、“猫(调制解调器)”。而大家常说的SoC芯片(System-on-a-Chip,片上系统、系统级芯片),有点像电脑的CPU处理器。

图 | 5G SoC芯片(联发科)

注:基带芯片不一定集成在SoC芯片内部(后文会介绍)

有了5G基带芯片,手机才能够接入5G网络。所以说,5G手机的发展史,其实就是5G芯片的发展史。而5G芯片的发展史,又和5G基带密不可分。

是不是有点晕?别急,我们还是从头开始说起吧。

2016-2018年:第一代5G芯片

全球第一款5G基带芯片,来自老牌芯片巨头——美国高通(Qualcomm)。

高通在2016年10月,就发布了X505G基带芯片。那时候,全球5G标准都还没制定好。

因为推出时间确实太早,所以X50的性能和功能都比较弱,主要用于一些测试或验证场景。没有哪个手机厂商敢拿这款基带去批量生产5G手机。

到了2018年2月,华为在巴塞罗那MWC世界移动大会上,发布了自己的第一款5G基带——巴龙5G01(Balong 5G01)。华为称之为全球第一款符合3GPP 5G协议标准(R15)的5G基带。

图 | 巴龙Balong 5G01

不过,这款5G01基带,技术也还不够成熟,没办法用在手机上,只能用在5G CPE上。

图 | CPE:把5G信号转成Wi-Fi信号的小设备

紧接着,联发科、三星和英特尔,陆续在2018年发布了自己的5G基带芯片(当时都没商用)。

我们姑且把这些5G基带叫做第一代5G基带吧。

图 | 数据仅供参考(部分是PPT芯片,你懂的)

这一代芯片有一个共同特点——它们都是通过“外挂方式”搭配SoC芯片进行工作的。

也就是说,基带并没有被集成到SoC芯片里面,而是独立在SoC之外。

集成VS外挂,当然是集成更好。集成基带在功耗控制和信号稳定性上,明显要优于外挂基带。

图 | “外挂”,相当于这样

可是没办法,当时的技术不成熟,只能外挂。

总而言之,2018年,5G手机基本处于无“芯”可用的状态,市面上也没有商用发布的5G手机。

2019年:第二代5G芯片

到了2019年,情况不同了。

随着5G第一阶段标准(R15)的确定、第二阶段标准(R16)的推进,各个芯片厂商的技术不断成熟,开始有了第二代5G基带。

首先有动作的,是华为。

华为在2019年1月,发布了巴龙5000(Balong5000)这款全新的5G基带。支持SA和NSA,采用7nm工艺,支持多模。

综合来说,小枣君个人认为,这是第一款达到购买门槛的5G基带。

紧接着,高通在2月份,发布了X55基带,也同时支持SA/NSA,也是7nm,也支持多模。从纸面数据上来说,X55的指标强于Balong5000。

不过,华为的动作更快。

2019年7月,就在高通X55还停留在口头宣传上的时候,华为采用“麒麟980+外挂巴龙5000”的方案,发布了自己的第一款5G手机——Mate20 X 5G。这也是国内第一款获得入网许可证的5G手机。

因为高通的X55要等到2020年一季度才能批量出货,所以,当时包括小米、中兴、vivo在内的一众手机厂商,只能使用外挂X50基带的高通SoC芯片,发布自家5G旗舰。

站在客观角度,只看5G通信能力的话,这差距是非常明显的。

当时,围绕SA和NSA,爆发了很大的争议。很多人认为,仅支持NSA的手机是“假5G”手机,到了2020年会无法使用5G网络。

这种说法并不准确。事实上,NSA和SA都是5G。在SA独立组网还没有商用的前提下,仅支持NSA也是够用的。

2019年9月,华为又发布了麒麟9905G SoC芯片,采用7nm EUV工艺,更加拉开了差距。

所以,在2019年中后期的很长一段时间内,华为5G手机大卖特卖,销量一骑绝尘。

9月4日,三星发布了自家的5G SoC,Exynos 980(猎户座980),采用8nm工艺。

一个月后,三星又发布了Exynos 990(猎户座990)。相比于Exynos 980集成5G基带,Exynos 990反而是外挂的5G基带(Exynos Modem 5123),令人费解。

正当大家觉得失衡的局面要持续到X55上市时,一匹黑马杀出来了,那就是来自宝岛台湾的芯片企业——联发科(MEDIATEK)

11月26日,联发科发布了自家的5G SoC芯片——天玑1000,纸面参数和性能跑分都全面领先,顿时炸开了锅。小枣君当时还专门写了一篇文章介绍:链接

12月5日,姗姗来迟的高通终于发布了自家的新5G SoC芯片,分别是骁龙765骁龙865

高通是国内各大手机厂商(华为除外)的主要芯片供应商。包括小米、OPPO、vivo在内的众多厂家,都在等高通的这款骁龙865芯片。不过,骁龙865推出之后,大家发现,这款芯片仍然是外挂基带。(骁龙765是集成基带,集成了X52,支持5G,但是整体性能弱于865,定位中端。)

我们把这几家厂商的SoC芯片放在一起,比较一下吧:

图 | 当时(2019年底)的纸面数据,仅供参考

三星的芯片基本上是三星手机自己在用。这些年,三星手机在国内的市场份额不断下滑,基本退出了第一阵营的争夺。所以,实际上国内市场就是华为、高通、联发科三家在激烈竞争。

我们具体看一下当时这些芯片的参数差异

从工艺制程来看,几款芯片都是7nm,但是EUV(极紫外光刻,Extreme Ultra-violet)比传统工艺要强一些。

从组网支持来看,NSA和SA,大家都同时支持,没什么好说的。

最主要的区别,集中在基带外挂/集成,毫米波支持,以及连接速度上。

· 基带外挂

关于这个问题,虽然前面我们说集成肯定比外挂好。但是这里的情况有点特殊:

华为之所以集成了5G基带,并不代表他完全强于高通。有一部分原因,是因为华为麒麟990采用的是2018年ARM的A76架构(其它几家是2019年5月ARM发布的A77架构)。A77集成5G基带难度更大。

而且,华为集成5G基带,也牺牲了一部分的性能。这就是上面表格中,华为连接速率指标明显不如其它三家的原因之一。

换言之,以当时(2019年底)的技术,想要做到性能、功耗、集成度的完美平衡,非常非常困难。

联发科这一点很牛。它的天玑1000,既采用了A77架构,又做到了基带集成,整体性能不输对手,令人出乎意料。

· 毫米波

高通骁龙865不支持集成,有一部分原因是因为毫米波(支持毫米波之后,功耗和体积增加,就没办法集成了)。

什么是毫米波?

5G信号是工作在5G频段上的。3GPP标准组织对5G频段有明确的定义。分为两类,一类是6GHz(后来3GPP改为7.125GHz)以下的,我们俗称Sub-6频段。另一类是24GHz以上的,俗称毫米波频段。

高通的SoC芯片,为什么要支持毫米波频段呢?

因为他要兼顾美国市场。美国运营商AT&T在使用毫米波频段。除了美国等少数国家之外,大部分国家目前还没有使用毫米波5G。

· 连接速度

最后就是看连接速度

抛开毫米波,我们只看Sub-6的速度。天玑1000的公布数据比其它两家快了一倍。

这个地方也是有原因的。因为天玑采用了双载波聚合技术,将两个100MHz的频率带宽聚合成200MHz来用,实现了速率的翻倍。

值得一提的是,这个100MHz+100MHz,基本上就是为联通电信5G共享共建量身定制的。他们俩在3.5GHz刚好各有100MHz的频段资源。

· N79频段支持

最后,我们再来说说N79这个事情。当时围绕这个N79,也爆发了不少口水战。

前面我说了,5G有很多个频段。Sub-6GHz的频段,如下所示:

N79频段,就是4400-5000MHz。

下面这个,是国内运营商5G频段分布:

很清楚了,联通或电信用户,无需理会N79,因为用不到。

那移动用户是不是一定要买支持N79频段的5G手机呢?答案是:不一定。当时移动还没有用N79。不过,后期应该会用。

站在普通消费者的角度,如果我是移动用户,当然会倾向购买支持N79频段的5G手机,一步到位。

这么一看的话,华为又占了优势:

是吧?搞来搞去,三家就是各有千秋。

以上,就是2019年年底各家5G SoC芯片的大致情况。

2020年:第2.5代5G芯片

进入2020年后,受新冠疫情的影响,5G芯片和手机的发布速度有所放慢。

最先有动作的,是联发科

前面我们说到,联发科发布了纸面数据爆表的天玑1000。可是,后来我们一直没有看到搭载天玑1000的手机问世,只看到两款搭载了天玑1000L(天玑1000的缩水版)的手机。

2020年5月7日,在消费者苦等半年之后,联发科线上发布了天玑1000的升级版——天玑1000plus(天玑1000+)。

从联发科发布的信息看,硬件升级不大,主要是通过软件调优,在功耗、游戏体验、屏幕刷新率,以及视频画质上进行提升。

不久后的5月19日,vivo发布了首款搭载天玑1000Plus芯片的机型——iQOO Z1,售价2198元起。

高通方面,2020年2月12日,三星S20发布会上,高通骁龙865正式亮相。此后,陆续被搭载在各大手机厂商的旗舰手机上,成为2020年的主流5G SoC芯片。

图 | 2020年搭载骁龙865芯片的主要机型

2020年10月,华为随同Mate 40 Pro发布了麒麟9000芯片。该芯片基于5nm工艺制程,集成了5G基带(还是巴龙5000),性能上有所升级,支持5G超级上行(Super Uplink)和下行载波聚合(CA),上下行速率比其它手机有明显提升。

因为众所周知的制裁原因,华为芯片局面日益艰难。在Mate 40的发布会上,余承东表示,麒麟9000很可能是最后一代华为麒麟高端芯片

同样是10月,苹果公司推出了iPhone12,这是第一款支持5G的iPhone。iPhone12使用的是自家的A14仿生芯片,采用的是台积电5nm工艺,外挂了一颗高通 X55 5G基带芯片。

以上,就是截至目前5G芯片的整个发展历程。

当然了,故事还没有结束。

根据此前曝光的消息,联发科即将推出基于6nm工艺的天玑2000芯片(据说华为P50可能搭载)。

而高通基于5nm的骁龙875,也很有可能在12月初发布,明年Q1商用。据说,骁龙875将会集成高通在今年2月就已经发布的X60基带。

值得一提的还有紫光展锐。他们在此前虎贲T7510的基础上,推出了新款5G手机SoC芯片虎贲T7520。该芯片采用6nm EUV的制程工艺,搭载自研的春藤510 5G基带,据称技术成熟,明年(2021年)将实现量产。

不管怎么说,2020行将结束,2021即将开启。随着5G网络建设的不断深入,越来越多的用户将投入5G的怀抱。这也就意味着,围绕5G手机和芯片的江湖纷争,将会愈演愈烈。

究竟谁能够在这场纷争中笑到最后?只能让时间来告诉我们答案了……

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