做一颗SoC芯片到底有多难?连苹果也“难产”

目前,5G已经成为全民热议的话题,一场新的变革正蓄势而发。对于5G手机而言,搭载5G SoC芯片是其关键所在;对手机厂商们而言,争取到5G的首发权便抢占了市场先机。

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5G基带集成至Soc究竟有多难?

简单说,基带集成有点类似于过五关斩六将,过不了关,就只能被对手斩了。

1、在于基带自身比较复杂。从冯.诺依曼架构的角度看,基带芯片其实是一台功能比较完整的电脑,它一般分为五个子模块:CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和输入输出接口模块,和我们熟知的电脑在架构上差别不大,比较复杂。有的厂商技术实力强大、口袋里钱又多,会将射频模块也整合进基带芯片,复杂度会再上一个台阶。

2、相比4G基带,5G基带有更高的数据吞吐量,功耗、性能提升,结果芯片体积比较大。

在被集成到SOC芯片之前,5G基带到底有多大?我们可以请出华为巴龙5000基带和麒麟980(SOC)芯片比较。

iFixit曾拆解了华为mate 20X 5G手机,结果发现巴龙5000的大小和麒麟980相同,体积相当的大。

我们都知道,5G网络传输速度比4G快多了,一部高清视频可以秒下。速度快就意味着5G基带需要超大容量的RAM来缓存收发的数据。所以,巴龙5000还使用了容量达到3GB的三星LPDDR4X做缓存,几乎是手机运存的一半,大小和巴龙5000基带相同。

这就意味着,把5G基带集成到SOC芯片内的话,不能落下超大容量RAM,相当于把两头大象(基带和RAM)塞进冰箱(SOC芯片),晶体管数量会大为增加,随之而来的设计难度会增加一个数量级。

3、你以为这就结束了?并没有!

现在市场喜欢全网通,所以集成5G基带时,还不能割掉4G基带,得把5G、4G基带融合到一起,既要保持外挂的性能,又要降低功耗和发热,其设计难度和成本会再增加一个数量级。

做一颗SoC芯片到底有多难?连苹果也“难产”

苹果竟也难产

在5G这场战争中,高通、华为、三星、联发科、紫光展锐作为第一阵营的玩家,在5G基带芯片研发上,抢时间、拼技术、抢落地。曾经在5G基带芯片研发上攻下初级堡垒的英特尔则在与苹果“分手”后,宣布退出手机5G基带芯片市场。而苹果则选择埋头死磕5G基带芯片,摆脱受制于人的局面。那么,研发一颗5G基带芯片到底有多难?

做一颗SoC芯片到底有多难?连苹果也“难产”

1、从技术层面来看,5G基带芯片本身的研发难度就足以称为“难于上青天”。5G基带需要多频段兼容,所以设计复杂。目前,3GPP制定的5G NR频谱共有29个频段,这些频段既包含了部分LTE频段,也新增了一些频段。再加上各个国家和地区的频段各不相同,因此芯片厂商需要推出的5G基带芯片,必须是一个在全球各个区域都能使用的通用芯片,可以支持不同国家和地区的不同频段。

除了多频段兼容之外,支持的模式数增加也使得设计难度有所增加。

5G基带芯片需要同时兼容2G\\3G\\4G网络,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。

以上两点还不够,一颗5G芯片的研发还需要攻克包括系统散热、架构和高速率低时延等在内的多个难关。

2、基带芯片研发与处理器不同,技术积累是基础门槛由于5G网络需要兼容2G/3G/4G网络,所以5G基带芯片厂商还需要有接发2G/3G/4G网络信号的能力。如果没有2G/3G/4G上的通信技术积累,一家刚入局的公司研发5G基带芯片是十分困难的。

尽管3GPP会制定技术标准,但标准只是一个文档,其中定义了一些功能实现的思路,比如用Polar码去控制信道,但具体的算法、技术还需要各家自己去做。而这也构成了各家的核心技术和能力。

这就意味着,像苹果一样的新入局者,是没有人会将这一套现成的方案摆在你面前的,必须将高通、华为等厂商在2G、3G、4G时代踩过的坑全都踩一遍。其中,即便是表面上看起来网络速率较低的2G的GSM标准,其研发的复杂度也并不低。

每一代通信模式都是从零开始研发,再到技术稳定,整个周期至少需要5年。这就在时间成本上,束缚了后入者的双脚。

由于华为、高通等都是紧跟移动通信技术发展一路走过来的,从算法设计到各种验证再到反复修改,期间都有运营商等产业伙伴合作,形成了完整的工程闭环。而后入者在这方面已经落后于产业,不具有工程和成本优势。

3、团队经验和实战至关重要,基带芯片既是技术问题也是工程问题此外,只有技术还远不够,基带芯片还需要大量的人力和时间对全球网络进行现场测试,保证芯片有效的连接性。

研发团队的构成也会非常复杂,标准、算法、基带芯片、射频芯片、物理层软件、协议栈软件、测试,每一个环节都需要专门的队伍负责。仅仅靠一两个技术专家是无法搞定的。

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