那些年，各大廠(chǎng)商都“追”過(guò)的5G Modem芯片

那些年，各大廠(chǎng)商都“追”過(guò)的5G Modem芯片

近日，一條大消息幾乎是占據了各大網(wǎng)站的頭條：蘋(píng)果公司在多次嘗試完善自研5G調制解調器(Modem)芯片失敗后，決定停止開(kāi)發(fā)該芯片。從去年開(kāi)始，蘋(píng)果曾多次對5G調制解調器(Modem)芯片進(jìn)行嘗試及研發(fā)，但都以失敗告終，因此蘋(píng)果公司決定及時(shí)止損，正在減少對該項目的投資，并會(huì )選擇結束這個(gè)持續多年的投資項目。

其實(shí)外界對于蘋(píng)果自研5G調制芯片的態(tài)度大多是樂(lè )觀(guān)的，并認為蘋(píng)果最終會(huì )取代高通的產(chǎn)品，因為為了自主研發(fā)5G Modem芯片，蘋(píng)果已招募數千名工程師。2019年蘋(píng)果收購了Intel智能手機Modem業(yè)務(wù)的大部分，因而蘋(píng)果高管還設定了一個(gè)目標，即在2023年推出自己的5G相關(guān)解調器芯片產(chǎn)品。甚至連高通都已經(jīng)做好“說(shuō)再見(jiàn)”的準備了，但經(jīng)過(guò)蘋(píng)果多次嘗試改進(jìn)，仍無(wú)法解決一些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，包括信號穩定性、功耗控制，以及與基帶芯片的兼容性等，最終不得已而放棄該項目。

根據消息人士的消息，總結起來(lái)蘋(píng)果自研的5G Modem主要存在兩個(gè)難題：一是Intel之前遺留代碼的問(wèn)題，蘋(píng)果需要重寫(xiě)這些代碼，而添加新功能可能會(huì )中斷現有功能。二是開(kāi)發(fā)芯片過(guò)程中，需要繞過(guò)高通的一些專(zhuān)利。但也有消息稱(chēng)，蘋(píng)果并未完全放棄開(kāi)發(fā)，而是轉去開(kāi)發(fā)6G，畢竟相關(guān)崗位正在招聘，不管消息是真是假，基帶總是繞不開(kāi)的話(huà)題，早在2019年初，AP芯片供應商高通、聯(lián)發(fā)科、英特爾、海思、三星電子、展訊等近期推出的手機芯片解決方案均支持5G Modem，為5G手機到來(lái)做好準備。

（圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如侵權刪）

       那么Modem芯片研發(fā)到底難在哪里？以至于連蘋(píng)果公司這樣的頂級開(kāi)發(fā)公司都無(wú)可奈何？在多種因素的共同推動(dòng)下，5G基帶芯片市場(chǎng)將會(huì )迎來(lái)更加廣闊而穩健的發(fā)展。未來(lái)5-10年內，行業(yè)將處于快速發(fā)展時(shí)期，5G基帶芯片市場(chǎng)將會(huì )快速擴大。

2019-2025年全球5G芯片市場(chǎng)規模及預測（圖源前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

       而自研基帶芯片要比自研手機AP難的更多，因為對于手機AP，只考慮手機需要的操作系統即可。而基帶芯片，則要兼容不同標準的運營(yíng)商。而研發(fā)5G基帶芯片就更難了，這不僅僅只是兼容不同5G運營(yíng)商這么簡(jiǎn)單的事了，還需要突破層層難關(guān)，攻克層層壁壘，

       首先5G技術(shù)專(zhuān)利就是第一只攔路虎，現在4G逐漸成為過(guò)去時(shí)，5G基帶芯片逐漸成為主流。但5G專(zhuān)利就成為了一個(gè)難題，也成為了兵家必爭之地。而全球5G專(zhuān)利最多的公司就是華為了，高通也是持有5G專(zhuān)利比較多的公司，因此高通成為第二個(gè)擁有5G基帶芯片的公司。有人會(huì )說(shuō)，專(zhuān)利這東西不重要，花點(diǎn)錢(qián)，把別人的東西拿過(guò)來(lái)縫縫補補就行了。

       其實(shí)不然，抄別人的作業(yè)的人永遠比不上自己寫(xiě)作業(yè)的人，研究基帶芯片也一樣，因為自己研發(fā)出來(lái)的5G基帶芯片，掌握的是方法，有了方法，無(wú)論從理論到實(shí)踐，都可以循序漸進(jìn)，水到渠成，而沒(méi)有專(zhuān)利的公司，盲目抄作業(yè)，沒(méi)有方法，更不能理解，就算是破解技術(shù)和逐漸學(xué)習也要花費很大的人力物力及時(shí)間，要讓這些公司自己做5G基帶芯片，就更難了，更何況5G的專(zhuān)利費也不便宜，高通按照手機的售價(jià)來(lái)收，使用了核心必要專(zhuān)利的話(huà)是售價(jià)的3.25%，如果使用了核心+非核心的話(huà)多模5G手機，則按5%的比例收取，手機售價(jià)上限為400美元，超過(guò)也按400美元收，也就是最多收20美元。而華為4G和5G手機的授權費率，上限分別為每臺1.5美元和2.5美元。愛(ài)立信方面，則是根據手機售價(jià)不同，專(zhuān)利費用在2.5美元到5美元之間。諾基亞則是每臺5G手機，收費3歐元。并且擁有專(zhuān)利的公司條款多，以高通為例，就算不使用其公司核心的專(zhuān)利及產(chǎn)品，也需要支付高昂的專(zhuān)利費用，就算是財大氣粗的公司，要系統地理解和應用這些專(zhuān)利技術(shù)才是最大難題。雖然華為等公司在5G技術(shù)方面取得了一定的突破，但總體來(lái)說(shuō)，目前全球5G技術(shù)專(zhuān)利還比較分散，缺乏核心專(zhuān)利技術(shù)的掌握。這使得5G芯片的研發(fā)和生產(chǎn)面臨一定的專(zhuān)利風(fēng)險和成本壓力。

       第二個(gè)門(mén)檻則是剛才提到的兼容性問(wèn)題，基帶應用于手機，而手機需要接入網(wǎng)絡(luò )，就需要同時(shí)考慮到兼容其他的網(wǎng)絡(luò )制式。以中國為例，需要考慮2G的GSM、CDMA，3G的WCDMA、EVDO，還要考慮4G的TD-LTE和FDD_LTE，到了5G還要考慮NSA和SA接入，這些一個(gè)都不能少，才能算是一個(gè)合格的手機使用的5G基帶。并且開(kāi)發(fā)芯片的公司需要應對不同國家和地區的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境和應用場(chǎng)景，但由于不同國家和地區所采用的5G頻段和網(wǎng)絡(luò )架構不同，因此需要5G芯片具備靈活的可配置性和適應性，能夠應對不同國家和地區的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境和應用場(chǎng)景，若想現在參與5G基帶芯片的研發(fā)，就需要全面兼容各大運營(yíng)商，同一款手機既要支持所有運營(yíng)商的標準，又要兼容各大廠(chǎng)商的5G標準，因此研發(fā)5G基帶芯片還面臨著(zhù)與不同制式和標準的5G運營(yíng)商之間的聯(lián)調聯(lián)試困難。對于手機AP來(lái)說(shuō)，除了自身過(guò)硬以外，基站的建立也是一個(gè)難題，建立一個(gè)5G基站，需要考慮高頻信號傳輸的難度問(wèn)題，5G網(wǎng)絡(luò )使用的高頻段信號具有傳輸距離短，穿透力弱的特點(diǎn)，需要大量的基站進(jìn)行覆蓋，而且每座基站的建設成本也很高?；灸芎膯?wèn)題也需要解決，5G基站需要更多的天線(xiàn)和設備，因此能耗也更高，如何降低基站的能耗成為了一個(gè)難點(diǎn)。并且建立基站并不是一件小事，它的建設周期非常長(cháng)，從施工方案，設備安裝等方面入手，需要準備的周期較長(cháng)，并且建設所需成本較大。這幾件事加起來(lái)，就可以勸退大部分廠(chǎng)商了。

       芯片復雜度問(wèn)題一直難以突破，5G基帶研發(fā)的技術(shù)難度極高。相較于3G、4G技術(shù)，5G技術(shù)需要處理更大的網(wǎng)絡(luò )容量、更低的延遲和更高的數據傳輸速率，這使得基帶芯片的設計難度大大增加，也就是突破更高的峰值速率。提到峰值速率就不得不先從數據速率說(shuō)起，一些公司在5G Modem做了一些產(chǎn)品，基帶復雜度有增加的趨勢。但在NSA的組網(wǎng)環(huán)境，技術(shù)的共存增加了芯片的負擔。NR使用了高頻段，本質(zhì)上有很多短板，為了彌補這些覆蓋的問(wèn)題，必須要有一些先進(jìn)的Modem技術(shù)來(lái)解決。功耗、面積和性能折衷，特別在LTE后期，就會(huì )面臨越來(lái)越大的挑戰，怎么做好這三者關(guān)系的平衡。如何設計一個(gè)modem，能夠兼容一個(gè)多樣化的需求，慢慢的形成手機AP設計的挑戰，通常一款基帶芯片的研發(fā)時(shí)間是2-3年，如果要壓縮這個(gè)周期，就意味著(zhù)要投入更多的人力，預研的時(shí)間也更長(cháng)。目前，量產(chǎn)的5G基帶芯片已經(jīng)有高通、華為和三星三家，意思就是說(shuō)從標準協(xié)議出來(lái)半年后，芯片已經(jīng)商用。這么短的時(shí)間這么能保證芯片的質(zhì)量，這就需要芯片廠(chǎng)商不得不很早就啟動(dòng)項目，投錢(qián)投人，還要緊跟3GPP組織的腳步。

       除此之外，現在的基帶芯片除了處理能力超強，功耗還要低，制造工藝基本都圍繞著(zhù)7nm，支持的網(wǎng)絡(luò )模式在原有的7?；A上還要加上NR，網(wǎng)絡(luò )多元化也讓芯片設計復雜度明顯增加?；鶐酒纳漕l部分復雜度更是提高不少，除了要支持5G新加入的29個(gè)頻段，其中還包含支持處理毫米波段。為了毫米波還要支持波束賦形等技術(shù)，這些都是以前沒(méi)有處理過(guò)的技術(shù)，且基帶芯片用來(lái)處理底層物理信號，最困難的在于其龐雜的數學(xué)體系，工程化后主體即是“信道編解碼”再加“糾錯”，不是普通芯片公司能做的，必須要求核心設計團隊在數學(xué)，通信，芯片設計與實(shí)現上有同時(shí)的駕馭能力。所以即使純看設計，就很難聚集核心人才。

      在技術(shù)方面，工程師們通常會(huì )把技術(shù)創(chuàng )新分為兩大類(lèi)：顛覆式創(chuàng )新及漸進(jìn)式創(chuàng )新，而制作基帶芯片需要有大量的經(jīng)驗及技術(shù)累計，是一個(gè)積累式創(chuàng )新產(chǎn)品，一個(gè)基帶芯片的開(kāi)發(fā)，一般只做增量開(kāi)發(fā)，包括功能等，遵循“向下兼容，向上擴容”的原則，這也是剛才提到的全球各地運營(yíng)商及基站的差別所致，因此一個(gè)基帶芯片從一個(gè)基站移動(dòng)到另一個(gè)基站的過(guò)程中，會(huì )有一套復雜的算法流程，包括測量上報、信號質(zhì)量對比及網(wǎng)絡(luò )系統判斷等，通過(guò)一系列計算后，基帶才會(huì )向手機下達切換及調用指令，4G往后，信號逐漸復雜，短距離之內都可能有大量的終端設備，并且基站密度極大，高速、中速及低速移動(dòng)的用戶(hù)如何分層組網(wǎng)，并且完成覆蓋及抗干擾，能夠快速、穩定準確的進(jìn)行對接，這事非常復雜及困難的，且目前的5G產(chǎn)品，一個(gè)網(wǎng)元上的代碼量已經(jīng)非常龐大了，而網(wǎng)元中大部分代碼并不是全新開(kāi)發(fā)的，而是對上一代進(jìn)行延用，所以5G基帶芯片的開(kāi)發(fā)，難點(diǎn)不在于IC設計，甚至不在于基帶芯片本身，其實(shí)是2G、3G、4G大量通信協(xié)議的一個(gè)延用和補充，必須要對前一代基帶產(chǎn)品有深入了解和研究，才能開(kāi)發(fā)出穩定且符合要求的協(xié)議棧，根據和行業(yè)專(zhuān)家的溝通反饋，由于5G Modem協(xié)議棧需要向下兼容4G/3G/2G，以及不同的3G/4G制式，兼容需要不斷測試驗證完善協(xié)議，導致開(kāi)發(fā)周期非常長(cháng)，以年為單位。這一點(diǎn)也是大多數基帶開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商難以逾越的一條鴻溝。

       最后就是工程師方面，modem工程師職業(yè)方向分成兩個(gè)大的方向，一塊是偏底層驅動(dòng)，主要包括RF驅動(dòng)調試，modem功耗，modem子系統穩定性等內容。另外一個(gè)方向應該偏上層應用，例如多模制式下各種協(xié)議規范要熟悉，通信業(yè)務(wù)的基本處理流程從上層應用到協(xié)議層的處理邏輯需要熟悉。這兩個(gè)方向實(shí)際上難度都非常大，需要花很多時(shí)間去學(xué)習和工作中要不斷總結才可以。因此要求工程師的知識面要寬，經(jīng)驗也必須要豐富，這就對工程師的綜合素質(zhì)要求很大，在如今各大廠(chǎng)商都在爭先恐后的研發(fā)5G Modem芯片的時(shí)候，優(yōu)質(zhì)工程師的數量很明顯不夠，因此突破技術(shù)壁壘，解決技術(shù)難點(diǎn)依然是目前存在的問(wèn)題。

       通過(guò)蘋(píng)果自研5G基帶芯片的案例我們看到了蘋(píng)果公司的決心，世界上還有很多像蘋(píng)果一樣立志于生產(chǎn)自研芯片的廠(chǎng)商，但路還很長(cháng)，但我們依然相信蘋(píng)果及各個(gè)公司能夠研制成功，至于時(shí)間問(wèn)題，就讓我們拭目以待吧！