研发一颗5G基带芯片,究竟有多难?

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研发一颗5G基带芯片,究竟有多难?

2023-08-12 06:58| 来源: 网络整理| 查看: 265

 

 

今天一早,就在高通和苹果宣布达成和解后的数小时内,英特尔随即便宣布退出 5G 智能手机调制解调器业务,这一系列的重大决策在业内引起了广泛关注和讨论。

 

众所周知,5G 的战火早已点燃,而 2019 年更被称为 5G 智能手机元年,不管是运营商、芯片厂商、终端厂商都已蓄势待发。其中在 5G 智能手机基带芯片领域,高通、三星、英特尔、联发科、华为、紫光展锐这六大厂商是实力最为强劲的竞争者,他们决定着 5G 手机的来临时间,而随着英特尔 5G 基带芯片研发的滞后,到如今的宣布退出,5G 基带芯片之间的竞争瞬间只剩下五个席位。即便如此,这场硝烟弥漫的战争仍将继续持续下去。

由于 5G 芯片在设计、工艺层面与 4G 相比更复杂更难,成本也更高,因此这也决定了在 5G 这场拼技术拼速度的战局中只有少部分实力强劲的竞争对手才能参与其中。而此次英特尔的退出,也从另一个层面预示着研发 5G 芯片并不是谁想做就能做的。

5G 芯片的研发之难

为何研发一颗 5G 芯片如此之难呢?到底难在哪里呢?集微网记者此前采访了紫光展锐的资深 5G 研发工程师陈军,他给予了专业解答。

首先,从标准的角度解释,“相比 4G,5G 的研发是颠覆性的。首先在于标准上,以前的芯片研发过程是根据标准做自上而下的设计。到了 5G 时代,并没有统一的标准,直到 2018 年 6 月首个 5G 标准才正式冻结。而这期间,对于研发来说,需要一边参与和解读 5G 标准,一边开展 5G 研发。”

此外,从技术端方面来看,5G 的终端复杂性比 4G 更高。5G 的运算复杂度上比 4G 提高了近 10 倍,存储量提高了 5 倍。“在硬件上,5G 芯片需要同时保证 TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM 多种通信模式的兼容支持,同时还需要满足运营商 SA 组网和 NSA 组网的需求。目前国内 4G 手机所需要支持的模式已经达到 6 模,到 5G 时代将达到 7 模。中国移动、中国联通、中国电信三大运营商的 4G/3G/2G 网络包括 TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、CDMA(EVDO、2000)、WCDMA、GSM,可以说测试一颗芯片要跑遍全球运营商。

此外多频段的兼容也增加了设计复杂度,3GPP 制定的 5GNR 频谱有 29 个频段,据了解这些频段,既包含了部分 LTE 频段,也新增了一些频段。而且各个国家和地区的频段也不相同,所以芯片厂商需要推出的 5G 基带芯片,需要是一个在全球各个区域都能使用的通用芯片,即可以支持不同国家和地区的不同频段,多频兼容就增加了在芯片在设计上的难度。

当然,除了标准和硬件的挑战性, 5G 的功耗也是一个必须要攻克的难题。5G 终端的处理能力是 4G 的五倍以上,但随之而来是如何平衡功耗和系统散热的问题。 “未来的 5G 手机,电池容量预估在 3000-4000 毫安才能满足其功耗需求,因此我们在做芯片设计的时候,一方面通过制程工艺的提升降低功耗,另一方面在我们的芯片方案中加大电池容量和充电能力,同时匹配快充功能。”

毫无疑问,5G 芯片的研发是一个复杂的过程,除需要长期投入之外,还需要软件、硬件、测试、多媒体等不同领域的工程师共同协作。这不仅考验着工程师和研发团队的实力,也考验着芯片厂商的竞争实力,缺一不可。

5G 芯片的竞争格局

正因为 5G 芯片的研发有着让人意想不到的艰难,这也决定了在 5G 竞争入局的高门槛,只有少部分有积累实力强劲的竞争对手才能参与其中,入局者只会越来越少。如今在这场战局中,随着英特尔的退出,全球 5G 格局基本成型,只剩下高通、三星、联发科、华为、紫光展锐这五位。

从发布时间来看,高通和三星算是两位“抢跑”的选手。2017 年 10 月,高通正式拿出全球首款 5G 基带芯片 X50。它采用 28nm 工艺制造,峰值达到 5Gbps,但不支持 4G/3G/2G ,只能采用“外挂”形式。但其升级版 X55 于 2019 年 2 月高通发布,正式商用时间为 2019 年年底。采用 7nm 制造工艺,支持毫米波和 sub-6G 频段,兼容 4G/3G/2G。

随后,2018 年 8 月 15 日,三星也在官网正式发布了 5G 基带 Exynos Modem 5100,采用自家 10nm 工艺制程;11 月,三星便正式展出了 5100。

而近年来有些低调的联发科也已公布了自家 5G 基带 M70,采用台积电 7nm 工艺制程。联发科首席执行官表示,M70 将于 2019 年上半年正式投入生产,预计下半年量产商用。

当然在 5G 这场战局中,大陆厂商的表现也十分突出。1 月 24 日,被业界寄予厚望的华为消费者业务 CEO 余承东正式面向全球发布了基于 7nm 的 5G 多模终端芯片——Balong 5000(巴龙 5000),并展示了基于该芯片的首款 5G 商用终端——华为 5G CPE Pro。它不仅是世界上首款单芯片多模 5G 基带芯片,同时还支持 2G、3G、4G、5G 合一的单芯片解决方案,能耗更低、性能更强。

而相隔不久,紫光展锐在 MWC 2019 世界通信大会期间,亮出了 5G 通信技术平台“马卡鲁”和展锐首款 5G 基带芯片“春藤 510”两把利剑。春藤 510 基带芯片采用台积电 12nm 制程工艺,支持多项 5G 关键技术,单芯片统一支持 2G/3G/4G/5G 多种通信模式,符合最新的 3GPP R15 标准规范,支持 Sub-6GHz 频段、100MHz 带宽,同时支持 5G SA 独立组网、NSA 非独立组网两种组网方式,是一款高集成、高性能、低功耗的 5G 基带芯片。

截至目前,这五大选手均已在 5G 赛道占领属于自己的位置,而真正参与竞争的其实只有三家:高通,联发科和展锐。等待 5G 的号令声一响,他们亦将展开真正的 PK,让我们一起拭目以待吧!



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