高通在5G基带上到底有多强?基带芯片难在哪?
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基带芯片是指用来合成即将发射的基带信号,或对接收到的基带信号进行解码的芯片。具体地说,就是发射时,把语音或其他数据信号编码成用来发射的基带码;接收时,把收到的基带码解码为语音或其他数据信号,它主要完成通信终端的信息处理功能。
基带芯片可以合成即将发射的基带信号,并且解码接收到的基带信号。发射基带信号时,把音频信号编译成基带码;接收信号时,把基带码译码为音频信号。同时,基带芯片也负责地址信息、文字信息和图片信息等的编译。基带芯片是一种集成度非常复杂的SOC,主流的基带芯片支持多种网络制式,即在一颗基带芯片上支持所有的移动网络和无线网络制式,包括2G、3G、4G和WiFi等,多模移动终端可实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游。目前大部分基带芯片的基本结构是微处理器和数字信号处理器,微处理器是整颗芯片的控制中心,大部分使用的是ARM核,而DSP子系统负责基带处理。
存在于智能手机中的基带芯片可以理解为一个结构复杂的SoC芯片,这种芯片具有多种功能,各个功能的正常工作是通过微型处理器进行配置与协调的。这种复杂的芯片以ARM微型处理器为中心,它通过ARM微型处理器的专用总线(AHB总线)来控制和配置ARM微型处理器周围的各个外设功能模块,这些功能模块主要有GSM、WiFi、GPS、蓝牙、DSP和内存等等,并且每一个功能模块都有独立的内存和地址空间,他们的功能是相互独立的,互不影响的。并且基带芯片自身拥有一个电源管理芯片。
随着苹果的蜂窝基带芯片不能如期出货的消息传出,基带芯片再次成为大众关注的热点。如果苹果基带芯片顺利研发,那么未来iPhone有希望将自研的基带芯片整合到苹果自研的处理器芯片上;不过预计今年更新的iPhone 14将接着使用高通的基带芯片。外界预测,受此影响iPhone 14可能将继续使用iPhone 13系列搭载的A15处理器,可能只有Pro机型才会使用新款A16处理器。
基带芯片对于苹果来说像是一块白墙上的泥点。一直以来追求完美的iPhone让人诟病最多的问题之一就是信号差。而影响手机网速、通话质量的通信基带,自然成为苹果公司最希望优化的部分。
虽然苹果在芯片自主研发领域的实力不弱,苹果成功地研发出了用于电脑的ARM架构处理器,并且在性能上进入第一梯队,但苹果始终使用着别家的基带芯片。英特尔和高通都曾是苹果的基带芯片供应商,但随着英特尔退出基带芯片市场,苹果的基带芯片就完全依靠于高通了。
对于苹果来说,只要关键芯片使用其他公司的产品,或许就没办法实现最为极致的性价比,于是苹果踏上了自研5G基带芯片的道路。此消息一出,高通也表示2023年iPhone仅有20%的5G基带芯片会来自高通。然而,随着苹果5G基带芯片没有如期研发成功的消息一出,高通或许还会为苹果供应更多的5G基带芯片。
研发能力强如苹果为何也搞不定5G基带芯片?高通为何能够一直把握5G基带芯片市场?而随着物联网市场的发展,基带芯片仍有无限潜力,中国作为全世界主要的物联网市场,中国基带芯片厂商在本土市场发展的怎么样?
基带芯片难在哪?
目前的基带有两种形式,第一种如高通的骁龙888将5G基带芯片集成于SoC,骁龙888提供完全集成式的5G 基带,而不再像以往内部包含单独的基带芯片;另外一种则是外挂式,如苹果iPhone系列A14芯片外挂高通的骁龙5G基带。
虽然iPhone 13系列的A15不再外挂高通的基带芯片,但终归需要集成其他公司的基带芯片。使用别人的基带芯片就意味着整个处理器的自主性没有达到100%,此前苹果曾经因为与高通的专利纠纷不得不停止销售一部分iPhone机型,因此为了避免重蹈此类覆辙,苹果一直在减少对供应商的依赖。为了研发基带芯片,苹果还从英特尔挖走了2000多名基带工程师,致力于开发自研的基带芯片。
一份来自FossPatents的报告指出,苹果自研5G基带芯片失败不是因为技术问题,而是因为无法绕开高通的专利。如果依旧要使用高通的专利,那么对于苹果来说自研基带芯片的意义就大打折扣。
几乎所有后入局自研基带芯片的参与者的入局都离不开收购专利,但对于苹果来说购买专利会与苹果自研基带芯片的初衷相悖。
联发科支持中国移动3G网络就是通过收购ADI(亚德诺半导体)TD-SCDMA基带业务;而联发科支持中国联通的3G网络则是通过与高通达成WCDMA专利达成协议。而华为在3G时代也是通过使用高通的专利实现的。
在每个移动通讯设备中都有一个基带芯片,它是一种用于无线电传输和接收数据的数字芯片。基带芯片主要分为5个子模块:CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器、接口模块。
5G基带芯片性能和复杂度都将提升。5G具有低时延、高速率的特点,相较于4G稳定性将提高, 5G将推动科技由移动物联网时代向万物互联时代转变。5G基带需要有更大的弹性支持不同的5G规格,达到5G高吞吐量的要求。
高通成为通信行业的领导者离不开一个关键技术CDMA,这一技术让高通不仅在为 3G 提供基础的知识产权方面处于领先地位。
CDMA,Code-division multiple access码分多址。这一技术的开端可以追溯到 1940 年代。好莱坞女演员 Hedy Lamarr 和作曲家 George Antheil 受到音符排列方式的启发,推测可以使用多个频率来发送单个无线电传输。“跳频”可以防止无线电信号被干扰。他们为这个想法申请了专利,并把它交给了美国政府在二战中使用。
四十年后,高通看到了 CDMA 在新兴蜂窝领域的潜力。在当时通讯行业的主流技术是时分多址(TDMA)时,高通的创始人 Irwin Jacobs 声称CDMA可以让所有人都能使用得起无线连接。
TDMA 通过利用语音中的自然停顿在单个无线电波上发送多个传输。在 CDMA 中,每个呼叫都分配了一个代码,该代码在宽频谱上加扰并在接收端重建。多个用户可以同时说话,从而允许在相同数量的频谱上进行更多对话。
当时行业已在 TDMA上投入了数百万美元,并且不愿改变方向。一些人认为,CDMA 部署起来过于复杂和昂贵,因此并不看好这一技术。
为了发展CDMA技术,高通专注于创新基础设施、空中接口、芯片组和手机,高通花费数年时间进行现场试验、路测和行业演示,以证明 CDMA 可以突破各种限制工作。终于1993 年,CDMA 被接受为行业标准。1995 年,CDMA为全行业向 2G 的迁移进行了商业推广,最终成为全球所有 3G 网络的基础,并帮助定义了最新的 4G 和 5G 技术。
随着互联网变得更加突出,CDMA 成为应对移动宽带新需求的最佳技术。彻底改变了移动计算,影响了其他不断发展的技术。而高通以自身拥有的CDMA基础专利为工具,设计了庞大而关系错综复杂的专利壁垒,而GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA网络大量使用了CDMA的技术原理以及专利,很难绕开。