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2019-04-13 13:09 来源:北方晨报科技

手机基带芯片有多难做?英伟达、博通都黄了,怪不得苹果

  华为巴龙5000基带芯片

  最近几天,国内外的一些媒体传闻,在苹果公司面临5G基带芯片供货问题的时候,华为伸出援手,表示自己的巴龙基带芯片可以向苹果公司销售,而且只向苹果公司销售。对此传闻,苹果公司保持沉默,而华为公司消费者业务部总裁余承东表示,他个人乐观其成。

  我们都知道苹果在CPU设计上的水平非常高,当前苹果A12系列芯片的单核速度仍然是所有ARM指令集芯片中最快的,这点连高通的骁龙855和华为的麒麟980都比不上。那为何苹果还没有搞定5G基带芯片呢?而华为的5G基带芯片水平又如何呢? 本文将向你揭开手机基带芯片的秘密。

  首先,什么是基带芯片呢?

  基带又被称为Modem,调制解调器,对,就是你十几年前上网用的那种Modem。只不过手机Modem面对的是无线电信号,而电脑Modem面对的是电话线上的信号。它的作用是把CPU收发的0和1的数据流,与可以在空中传播的无线电信号之间互相转换。当然,基带和天线之间还有射频电路和AD/DA(模数/数模转换)电路。

  电脑CPU所收发的0和1的数据流是使用高低电平来表示的,这种数字化的方波是不适合当作无线电信号来收发的,这是大学电子工程系本科一年级的课程,这里不再深入介绍。所以必须要有基带和射频电路来转换。

  基带的功能既可以做成独立的芯片,就如苹果手机那样,CPU外挂基带芯片;也可以集成进手机CPU中,就像高通和华为的麒麟CPU。

  那么,基带芯片为什么这么难做,以至于苹果公司都设计不出来?

  基带芯片的设计,涉及两方面的知识,一个是半导体芯片设计的知识,一个是移动通讯标准空中接口的底层知识,而这两方面的知识必须紧密结合才能把基带芯片设计得高效。

  对于苹果公司而言,半导体芯片设计是它的强项,基带芯片所做的运算通常类似于数字信号处理器DSP,集中在一些密集的数学运算,比如卷积,离散傅里叶变换等。事实上,和CPU领域有ARM公司授权内核一样,DSP芯片领域也有许多公司提供IP core设计授权,比如TI公司。所以,设计出基带芯片的硬件,对很多公司来讲问题都不大。

  然而,基带处理的另一部分知识,则是苹果公司所欠缺的,也是很多半导体企业都搞不定的。移动通讯标准的空中接口,是传统通讯企业和运营商的强项,由3GPP这个组织来定义。从2G,3G,4G到5G,在3GPP组织中,高通一直是最活跃的公司。华为已经赶了上来,三星,诺基亚,爱立信也各占一方地盘。而伴随基带芯片的,就是通讯标准基础专利(SEP,Standard Essential Patent)。

  在这一领域,高通是当仁不让的霸主,每年强制向手机企业收取巨额专利费,通常是占手机销售价格的一个固定的百分比,基本上在5%以上,有的高达10%。这种做法合理吗?未必。比如说一部手机的低配版有64GB闪存,高配版有128GB闪存,其他所有配置都一样,而价格涨了500元。这500元的差价和通讯标准一点关系都没有,纯粹是闪存容量增大带来的,然而,这笔钱的5%以上也要交“高通税”。这种霸道的做法惹怒了很多手机制造企业,比如我国的魅族,在几年前一直使用三星的CPU而不买高通的CPU,就是这个原因。而苹果与高通公司打专利官司,使用英特尔的基带而抛弃高通的基带,也是因为这个原因。

  在5G标准颁布之后,华为,诺基亚和爱立信,都像高通一样宣布要对自己掌握的标准基础专利收费,实际上,它们更偏向于拿这个作为与高通讨价还价的筹码,是一种防御姿态。

  因此,基带芯片的难做是必然的了。

  基带芯片有多难做?看看在这一领域失败的公司吧!

  在十几年前,有很多著名的芯片公司都销售智能手机CPU,最后都退出了这个市场,其中很重要的一个原因就是它们在基带芯片的开发上跟不上潮流,4G LTE基带就是一个门槛。这些失败的公司包括:TI(德州仪器),Marvell,NVidia(对,就是那个显卡霸主),Freescale (飞思卡尔), Broadcom(博通),ADI…等

  甚至连诺基亚也没有成功。笔者曾经有一个朋友在芬兰Oulu的诺基亚手机芯片部门工作,研发4G LTE基带芯片,在诺基亚将手机部门卖给微软的时候,他们也没有进展,结果在2010年,当时的诺基亚西门子公司将这个部门卖给了日本瑞萨公司(Renesas)。然后又过了三年,他们还是没有什么进展,于是在2013年日本瑞萨公司将这个部门卖给了美国博通公司(Broadcom),又过了一年,还是没有进展,博通公司就把这个部门解散了,彻底放弃4G基带。

  由此可见,基带的研发不是随便一个半导体企业就能做的,需要长期持之以恒的投入。

  那么,让苹果无可奈何的英特尔是什么水平呢?英特尔的芯片设计能力毋庸置疑,说是世界第一也不为过,但是,也被卡在了5G基带上。事实上,早在几年前,英特尔整合了来自台湾威盛电子(VIA),英飞凌(Infineon)以及欧洲意法半导体(ST)的技术,推出了兼容2G/3G/4G的基带芯片,就是现在苹果Iphone上用的那些,在性能上仍然落后于高通公司的基带芯片。以至于苹果为了保证手机性能的一致性,人为地阉割了高通基带的部分性能。

  在2018年中,据美国科技媒体报道,英特尔为了开发5G基带,投入了约1000名工程师,而高通公司的5G基带团队只有约二三百人规模。这也显示了基带芯片的研发需要投入多大力量。高通公司以通讯标准为生,有几千人的工程师专门做通讯标准,所以只需要二三百人做芯片设计就行,而英特尔什么都要从头做,一千人都无法及时搞定5G基带。

  那么,当前世界上都有那些公司推出了手机用的5G基带芯片呢?

  基本上有这么几家:

  高通的X55基带芯片,整合了2G/3G/4G/5G基带功能,台积电7纳米工艺代工,将在2019年底上市。这将是苹果公司在技术上最合适的选择,但是基于两家公司目前的关系,苹果公司可能下定决心不会采用。

  高通的X50基带芯片,早在2016年就发布,现在已经上市。只支持5G,不支持2G/3G/4G,这是目前配合骁龙845/855 CPU的外挂方案。而骁龙845/855CPU已经内置了2G/3G/4G基带功能。目前联想,OPPO,小米等公司展示的5G手机都使用这个方案。这个方案并不适合苹果公司,因为苹果自己的CPU没有内置基带,如果选择了X50的话,还得再外挂另一颗2G/3G/4G的基带芯片,那功耗,那散热,恐怕无法控制。

  华为公司的巴龙5000基带芯片,今年1月份发布,估计再过几个月才能量产。支持2G/3G/4G/5G 全网通,台积电7纳米工艺代工,5G最高速度指标比高通X55略弱,但强于X50。苹果公司如果选择它,在技术上也不错,但在政治上有难度,这点下面再讲。

  英特尔的XMM 8060基带芯片,早在2017年就发布,全网通,但是功耗和发热量都很大,性能也不佳,不会有哪家手机企业采用。

  英特尔的XMM 8160基带芯片,全网通,改进工艺降低功耗,计划在2020年量产,但是如果不能在2019年底就给苹果提供样品,就赶不上2020年10月发布的新一代苹果iPhone。从目前看,很危险,所以苹果公司才如此着急。

  三星公司的Exynos Modem 5100基带,2G/3G/4G/5G全网通,由三星自己的10纳米工艺生产。2018年8月发布,近期即可量产,但是三星已经拒绝了苹果购买请求。由于高通的霸道行为,三星在美国销售的手机一般都用高通的CPU和基带,在其他国家销售的手机才用三星自己的CPU和基带。

  台湾联发科公司(MTK)的Helio M70基带,2G/3G/4G/5G全网通,由台积电7纳米工艺代工,部分指标落后于华为和高通,2019年底量产。苹果选择联发科的基带在政治和技术上其实也可以,但是由于联发科的品牌不那么高大上,苹果采用的话也许会有所顾虑。

  紫光展锐的春藤510基带,2G/3G/4G/5G全网通,由台积电12纳米工艺代工,定位于中低端,2019年底才能量产,苹果估计是看不上的。

  世界上的手机5G基带芯片就只有上面这些了,手机厂家的选择并不多。

  最后,华为能否为苹果提供手机基带芯片呢?

  首先,从目前美国政府对华为的态度来看,这是不太可能的。但是事情也有变数,比如三星公司自己的CPU和基带都比较强悍,但因为与美国高通公司的专利争端,三星在美国销售的手机基本都使用高通的CPU和基带,但在其他国家销售的手机就可以使用自己的芯片。苹果公司也许也能这样做,在美国之外的市场使用华为的基带芯片,在美国本土市场使用别家的基带芯片。多一家供应商能够分散风险。

  最终如何,要看华为公司和苹果公司对未来的把握。让我们拭目以待吧!