淺析5G時(shí)代的手機(jī)和基帶市場

（上海市建平中學(xué)，上海 200135）

1.5G 基帶芯片的重要性

現(xiàn)代智能手機(jī)，也被稱為“個(gè)人移動(dòng)終端”，是一個(gè)集通信、娛樂甚至工作于一體的電子產(chǎn)品，而其中最為重要的就是其通信功能。在信息技術(shù)日益發(fā)展的今天，手機(jī)的通信速度顯得異常重要，實(shí)際上也正是因?yàn)橛辛烁叩木W(wǎng)絡(luò)速度、更低的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，諸如云計(jì)算、直播等新興的產(chǎn)業(yè)才能迎來自身的發(fā)展機(jī)會(huì)。

手機(jī)與外界的通信在硬件上一般分為3個(gè)部分：首先，手機(jī)的處理器在具體的應(yīng)用下生成了新的數(shù)據(jù)；其次，該數(shù)據(jù)交給基帶芯片進(jìn)行編碼和調(diào)制，將相對低頻的信號(hào)加載到高頻信號(hào)上；最后，則是射頻芯片作為天線將該數(shù)據(jù)以無線電的形式發(fā)射出去，通過基站等與運(yùn)營商的核心網(wǎng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)交換。在接收數(shù)據(jù)時(shí)該過程則是相反的：射頻芯片接收高頻的無線電信號(hào)并傳輸給基帶，基帶通過解調(diào)和解碼將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以被處理器識(shí)別和處理的數(shù)字信號(hào)并傳遞給處理器。

顯然，手機(jī)與外界的通信速度與通信頻率是緊密相關(guān)的，因此從通信系統(tǒng)發(fā)明起，無數(shù)科學(xué)家與工程師就在致力于提高信號(hào)傳輸?shù)乃俣取簿褪峭ㄐ蓬l率。根據(jù)光速公式：光速=波長×頻率，我們知道，隨著通信頻率的提高，信號(hào)的波長也在縮小，其物理特性也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變，最為典型的就是穿透能力變差，同時(shí)我們也要注意到，近些年來芯片的工藝技術(shù)在不斷提高，芯片的制程也越來越精細(xì)化，5nm制程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，而有媒體報(bào)道稱臺(tái)積電將于2022年實(shí)現(xiàn)3nm芯片量產(chǎn)，由此可見人類也在不斷逼近芯片加工精度的極限。工藝制程的進(jìn)步的確能夠進(jìn)一步提高芯片上單位面積所包含的邏輯電路的數(shù)量，從而在理論上提高芯片的性能，但同時(shí)也給芯片的散熱、功耗等其他指標(biāo)帶來了艱巨的挑戰(zhàn)，更不用說還有工藝提高本身所需要的巨額投入。雖然近些年來為了尋找新的出路，新的底層工藝方法乃至新的底層架構(gòu)被不斷提出，例如存算一體、量子芯片等，但歸根結(jié)底這些設(shè)想都還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，距離可靠、經(jīng)濟(jì)的落地應(yīng)用還有很長的路要走。

綜上，5G時(shí)代手機(jī)對于通信速度的需求是的確存在的，5G不僅能夠提升上網(wǎng)速度，給用戶更好的使用體驗(yàn)，更有可能在底層上改變軟件的生態(tài)，開發(fā)出新的應(yīng)用熱點(diǎn)。

2.世界主要國家、地區(qū)的5G相關(guān)政策

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著5G的研發(fā)，其商用標(biāo)準(zhǔn)按部就班地向前推進(jìn)，全球主要國家都在加緊建設(shè)5G項(xiàng)目。依總體而言，3GPP（第三代合作伙伴關(guān)系）的5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃分為3個(gè)步驟[1]：R14，R15和R16。R14的主要目標(biāo)是開展5G系統(tǒng)框架和關(guān)鍵技術(shù)研究；R15主要制定第一版5G標(biāo)準(zhǔn)而R16的目標(biāo)則是完成全部標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容并在2020年向ITU提交方案。

目前，全球各國都在5G問題上加快步伐，力爭全球標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位。2021年奧運(yùn)會(huì)將在日本東京舉辦，日本計(jì)劃在東京奧運(yùn)會(huì)前實(shí)行5G商用并提供支持，當(dāng)前以NTT DoCoMo為首的十多家主流企業(yè)正驗(yàn)證5G關(guān)鍵技術(shù)并對其進(jìn)行篩選。韓國則在更早的2018年平昌冬奧會(huì)完成了5G預(yù)商用實(shí)驗(yàn)，其與日本一樣計(jì)劃在2020年實(shí)行5G商用。韓國與日本都在重大國際事件如奧運(yùn)會(huì)的驅(qū)動(dòng)下開展了5G實(shí)驗(yàn)。

美國電信巨頭之一的AT&T在2018年末就推出了5G商用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，另一巨頭Version也于2018年在四個(gè)城市推出5G Home服務(wù)，這一速度領(lǐng)先行業(yè)。歐洲各國以5Gapp為切入點(diǎn)推動(dòng)5G研究，其更聚焦于垂直行業(yè)的應(yīng)用，并在2018年就計(jì)劃啟動(dòng)5G技術(shù)實(shí)驗(yàn)。美國FCC早在2016年7月就宣布啟動(dòng)5G頻段規(guī)劃，其目的在于引領(lǐng)全球5G行業(yè)，尤其是5G高頻技術(shù)。僅僅過了2年，美國運(yùn)營商Version就在4個(gè)城市推廣5G Home服務(wù)。歐盟與美國都希望能引領(lǐng)全球5G發(fā)展，較早些時(shí)候就已經(jīng)開展5G實(shí)驗(yàn)。一般來說各國都認(rèn)為5G商用網(wǎng)絡(luò)商用在2020年才會(huì)實(shí)現(xiàn)，但由于疫情的影響，這一預(yù)測或?qū)⒀舆t到2021。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

通信標(biāo)準(zhǔn)決定了技術(shù)話語權(quán)和產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位，是兵家必爭之地。與2G、3G、4G時(shí)代外國占據(jù)主導(dǎo)地位不同，5G技術(shù)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)是我國彎道超車的良機(jī)，必須把握好。華為主推的Polar碼是控制5G信道eMM的方案，這標(biāo)志著我國在5G行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的爭奪戰(zhàn)中搶得先機(jī)，和歐美等老牌強(qiáng)國分庭抗禮。這種局面毫無疑問會(huì)給以華為為首的中國企業(yè)帶來極大的幫助：其一是有利于規(guī)避專利壁壘，另一面則是Polar碼為之后產(chǎn)品研發(fā)專利授權(quán)等過程奠定了良好基礎(chǔ)。這有利于我國在全球5G技術(shù)力爭執(zhí)牛耳的位置。

我國第一階段與第二階段的5G測試在2017年底全部完成。如今第三階段的測試工作也已經(jīng)完成，2019年進(jìn)行了5G增強(qiáng)和毫米波研發(fā)等工作。在5G標(biāo)準(zhǔn)公布后，我國將大力推廣網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)5G商用（由于疫情影響該進(jìn)程同樣延緩）。國內(nèi)三大運(yùn)營商早已進(jìn)行了前期準(zhǔn)備工作并制定了詳細(xì)的方案[2]。中國移動(dòng)未來三年內(nèi)將開展大規(guī)模5G實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2021年實(shí)行5G商用。中國聯(lián)通則不斷深化5G在萬物互聯(lián)上的應(yīng)用，以滿足2021年5G商用的目標(biāo)。中國電信則已計(jì)劃未來10年的5G戰(zhàn)略部署，爭取在2025年前在6GHz下首發(fā)5G。

3.全球基帶市場分析

2020年第三季度，全球智能機(jī)市場的前6名分別是三星、華為、小米、蘋果、Oppo和Vivo，其中三星的市場份額達(dá)到了22%，這一成績的主要來源是三星于2020年第三季度推出了新的旗艦機(jī)型Note20；華為市場份額為14%，Mate40的發(fā)布毫無疑問帶動(dòng)了華為的小量；蘋果也于第三季度推出了IPhone12，由于發(fā)布時(shí)間較晚，因此市場上還沒有比較明顯的體現(xiàn)，市場占比為11%。值得注意的是，從2019—2020年，各大廠商的旗艦機(jī)型都完成了從4G～5G網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變，或是集成或是外掛，都配備了相應(yīng)的5G基帶芯片[3]。

目前全球市場比較有競爭力的5G芯片供應(yīng)商主要有五家，分別是華為、高通、聯(lián)發(fā)科和紫光展銳。其中比較值得關(guān)注的是華為、高通、紫光展銳和聯(lián)發(fā)科。華為在2020年發(fā)布了可能是最后一款旗艦的Mate40系列，在未來的很長一段時(shí)間內(nèi)可能5G芯片要供給其他手機(jī)廠商；高通則一如既往是該領(lǐng)域的霸主；聯(lián)發(fā)科和紫光展銳作為國內(nèi)的后起之秀則有著彎道超車的可能性：與處理器不同，5G基帶的市場還沒有飽和，尚處于競爭階段，并且大量關(guān)鍵專利來自國內(nèi)，因此國內(nèi)的技術(shù)實(shí)力與國外相比也不遑多讓。

3.1 華為

2019年，華為發(fā)布了全球首款7nm雙模基帶巴龍5000。該芯片首次同步支持SA和NSA，實(shí)現(xiàn)了5G全網(wǎng)通，同時(shí)具有FDD/TDD全頻段毫米波功能。

2020年10月華為推出麒麟9000SoC芯片，用于自產(chǎn)的Mate40系列。搭載巴龍5000，但在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了升級(jí)：麒麟9000支持雙載波聚合技術(shù)，速度可以達(dá)到驍龍X55的兩倍。

3.2 高通

2019年2月，高通推出7nm5G調(diào)制解調(diào)器驍龍X55，同年12月，高通在2019驍龍技術(shù)峰會(huì)上發(fā)布了驍龍865，驍龍765和驍龍765G三款處理器和最新的X55 調(diào)制解調(diào)器及其頻射系統(tǒng)。X55不僅支持5G網(wǎng)絡(luò)，而且支持多摸網(wǎng)絡(luò)模式，從2G～5G都能支持。驍龍865支持7.5Gbits/s的峰值速率，支持大部分的頻段，包括毫米波以及6GHz以下的TDD和FDD頻段。它也支持NSA和SA組網(wǎng)、DSS、全球5G漫游和多Sim卡。驍龍765G和驍龍765使集成式5G平臺(tái)在更多產(chǎn)品階層獲得下放。2020年，蘋果IPhone12采取了外掛高通驍龍X55雙模5G基帶芯片，市場反響也非常好。

2020年高通推出5nm的第三代5G芯片X60，支持頻段進(jìn)一步擴(kuò)展，全球毫米波和Sub-6Ghz全部主要頻段、5G載波聚合、獨(dú)立和非獨(dú)立組網(wǎng)模式以及動(dòng)態(tài)頻譜共享。同年12月，高通發(fā)布驍龍888處理器，該處理器集成了X60。此外據(jù)報(bào)道，蘋果IPhone13或?qū)⑹褂肵60。

3.3 聯(lián)發(fā)科

2019年，聯(lián)發(fā)科推出了第一代5G產(chǎn)品—7nm制程的Helio M70基帶和搭載該款基帶的旗艦SoC天璣1000，其定位為高端旗艦手機(jī)專用。2020年，聯(lián)發(fā)科在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上推出了第二代芯片—天璣800U，該款芯片定位中端市場，同樣搭載了自產(chǎn)的5G基帶，不僅完整支持Sub-6GHz頻段的SA與NSA組網(wǎng)，還支持5G+5G雙卡雙待、雙VoNR語音服務(wù)、5G雙載波聚合等前沿5G技術(shù)。

3.4 紫光展銳

2019年紫光展銳抽離了公司核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)以開發(fā)5G技術(shù)。2019年紫光展銳發(fā)布了2款5G產(chǎn)品：5G通信平臺(tái)馬卡魯和5G基帶芯片春藤510。其中春藤510采用12nm制程，支持多種5G技術(shù)并且兼容2G、3G、4G、5G多種通信模式，其也支持NSA和SA雙模5G網(wǎng)絡(luò)模式以滿足通信需求[4]。

2020年紫光展銳發(fā)布了第一款手機(jī)SoC“虎賁T7520”，搭載了自研的春藤510芯片，并計(jì)劃于2021年推出虎賁的第二代產(chǎn)品[5]。

4.結(jié)語

我們能夠看到，隨著5G時(shí)代的到來，手機(jī)市場也迎來了變局：諸如紫光展銳、聯(lián)發(fā)科等在4G時(shí)代相對缺少競爭力的廠商在5G時(shí)代希望通過差異化競爭來推出自家的5G手機(jī)芯片，改變自身單純的供應(yīng)商的角色。而傳統(tǒng)的手機(jī)廠商也要面臨這些新興廠商的競爭，尤其是要認(rèn)識(shí)到隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以非洲為首的“后發(fā)國家”還擁有廣闊的市場，在這些國家中相當(dāng)大的一部分群體還在使用功能機(jī)，當(dāng)這一群體逐漸向智能機(jī)過渡時(shí)將會(huì)出現(xiàn)巨大的商機(jī)，同時(shí)當(dāng)前大多數(shù)用戶的在用機(jī)型還是4G，在新的換機(jī)浪潮中也會(huì)有巨大的市場。