晶片史就是手機發展史,回顧疫情前的5G手機晶片有哪些?

晶片史就是手機發展史,回顧疫情前的5G手機晶片有哪些?

毫無疑問,5G手機現在已經成為市場的主流、使用者的首選。

5G手機

回顧5G手機這些年來的發展歷程,其實並不平坦。圍繞5G手機的紛爭,從來就沒有停止過。其實,爭來爭去,主要原因還是因為5G晶片技術的不成熟。或者說,這些都是5G手機發展早期的正常現象。

5G手機和4G手機的最大區別,在於是否支援5G網路。而5G網路的支援與否,主要由手機的基頻晶片決定。

基頻晶片(高通X55)

基頻晶片,有點像手機的「網路卡」、「數據機」。而大家常說的 SoC 晶片(System-on-a-Chip,片上系統、單晶片系統),有點像電腦的CPU處理器。

5G SoC 晶片(聯發科)

註:基頻晶片不一定內建在 SoC 晶片內部(後文會介紹)

有了5G晶片,手機才能夠連接5G網路。所以說,5G手機的發展史,其實就是5G晶片的發展史。而5G晶片的發展史,又和5G基頻密不可分。

2016-2018年:第一代5G晶片

全球第一款5G晶片,來自老牌晶片巨頭——美國高通(Qualcomm)。

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高通在2016年10月,就發布了X50 5G晶片。那時候,全球5G標準都還沒制定好。

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因為推出時間確實太早,所以X50的性能和功能相對較弱,主要用於一些測試或驗證情境。沒有哪個手機廠商敢拿這款基頻去量產5G手機。

到了2018年2月,華為在巴塞隆納MWC世界行動通訊大會上,發表了自己的第一款5G基頻——巴龍5G01(Balong 5G01)。華為稱之為全球第一款符合3GPP 5G協議標準(R15)的5G基頻。

巴龍Balong 5G01

不過,這款5G01基頻,技術也還不夠成熟,沒辦法用在手機上,只能用在5G CPE上。

CPE:把5G訊號轉成Wi-Fi訊號的小設備。

緊接著,聯發科、三星和Intel,陸續在2018年發布了自己的5G基頻晶片(當時都沒商用)。

我們姑且把這些5G基頻叫做第一代5G基頻吧。

這一代晶片有一個共同特點——它們都是透過「外掛方式」搭配 SoC 晶片進行工作的。

也就是說,基頻並沒有被內建到 SoC 晶片裡面,而是獨立在 SoC 之外。內建VS外掛,當然是內建更好。內建基頻在功耗控制和訊號穩定性上,明顯要優於外掛基頻。

「外掛」,相當於這樣

可是沒辦法,當時的技術不成熟,只能外掛。

總而言之,2018年,5G手機基本處於無「晶」可用的狀態,市面上也沒有商用發布的5G手機。

2019年:第二代5G晶片

到了2019年,情況不同了。

隨著5G第一階段標準(R15)的確定、第二階段標準(R16)的推進,各個晶片廠商的技術不斷成熟,開始有了第二代5G基頻。

首先有動作的,是華為。

華為在2019年1月,發布了巴龍5000(Balong5000)這款全新的5G基頻。支援SA和NSA,採用7nm工藝,支援多模。

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綜合來說,這應該是第一款達到購買門檻的5G基頻。

緊接著,高通在2月份,發布了X55基頻,也同時支援SA/NSA,也是7nm,也支援多模。從資料上來說,X55的指標強於Balong5000。

不過,2019年7月,就在高通X55還停留在口頭宣傳上的時候,華為採用「麒麟980+外掛巴龍5000」的方案,發布了自己的第一款5G手機——Mate20 X 5G。 晶片史就是手機發展史,回顧疫情前的5G手機晶片有哪些?

因為高通的X55要等到2020年一季度才能批量出貨,所以,當時包括小米、中興、VIVO在內的一眾手機廠商,只能使用外掛X50基頻的高通 SoC 晶片,發布自家5G旗艦。

站在客觀角度,只看5G通訊能力的話,這差距是非常明顯的。

當時,圍繞SA和NSA,爆發了很大的爭議。很多人認為,僅支援NSA的手機是「假5G」手機,到了2020年會無法使用5G網路。

這種說法並不準確。事實上,NSA和SA都是5G。在SA獨立組網還沒有商用的前提下,僅支援NSA也是夠用的。

2019年9月,華為又發布了麒麟990 5G SoC 晶片,採用7nm EUV工藝,更加拉開了差距。

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所以,在2019年中後期的很長一段時間內,華為5G手機大賣特賣。

9月4日,三星發布了自家的5G SoC ,Exynos 980(獵戶座980),採用8nm工藝。

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一個月後,三星又發布了Exynos 990(獵戶座990)。相比於Exynos 980內建5G基頻,Exynos 990反而是外掛的5G基頻(Exynos Modem 5123),令人費解。

正當大家覺得失衡的局面要持續到X55上市時,一匹黑馬殺出來了,那就是——聯發科(MEDIATEK)。

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11月26日,聯發科發布了自家的5G SoC 晶片——天璣1000,規格參數和性能跑分都全面領先。

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12月5日,姍姍來遲的高通終於發布了自家的新5G SoC 晶片,分別是驍龍765和驍龍865。

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高通是各大手機廠商(華為除外)的主要晶片供應商。包括小米、OPPO、vivo在內的眾多廠家,都在等高通的這款驍龍865晶片。不過,驍龍865推出之後,大家發現,這款晶片仍然是外掛基頻。(驍龍765是內建基頻,內建了X52,支援5G,但是整體性能弱於865,定位中階。)

看一下當時這些晶片的參數差異:

  • 從製程來看,幾款晶片都是7nm,但是EUV(極紫外光刻,Extreme Ultra-violet)比傳統工藝要強一些。
  • 從組網支援來看,NSA和SA,大家都同時支援,沒什麼好說的。
  • 最主要的區別,集中在基頻外掛/內建,毫米波支援,以及連接速度上。

基頻外掛

關於這個問題,雖然前面我們說內建肯定比外掛好。但是這裡的情況有點特殊:

華為之所以內建了5G基頻,並不代表他完全強於高通。有一部分原因,是因為華為麒麟990採用的是2018年ARM的A76架構(其它幾家是2019年5月ARM發布的A77架構)。A77內建5G基頻難度更大。

而且,華為內建5G基頻,也犧牲了一部分的性能。這就是上面表格中,華為連接速率指標明顯不如其它三家的原因之一。

換言之,以當時(2019年底)的技術,想要做到性能、功耗、內建度的完美平衡,非常非常困難。

聯發科這一點很優秀。它的天璣1000,既採用了A77架構,又做到了基頻內建,整體性能不輸對手,令人出乎意料。

毫米波

高通驍龍865不支援內建,有一部分原因是因為毫米波(支援毫米波之後,功耗和體積增加,就沒辦法內建了)。

什麼是毫米波?

5G訊號是工作在5G頻段上的。3GPP標準組織對5G頻段有明確的定義。分為兩類,一類是6GHz(後來3GPP改為7.125GHz)以下的,我們俗稱Sub-6頻段。另一類是24GHz以上的,俗稱毫米波頻段。

高通的 SoC 晶片,為什麼要支援毫米波頻段呢?

因為他要兼顧美國市場。美國電信商AT&T在使用毫米波頻段。除了美國等少數國家之外,大部分國家目前還沒有使用毫米波5G。

連接速度

最後就是看連接速度。

拋開毫米波,我們只看Sub-6的速度。天璣1000的公布數據比其它兩家快了一倍。

這個地方也是有原因的。因為天璣採用了雙載波聚合技術,將兩個100MHz的頻率頻寬聚合成200MHz來用,實現了速率的翻倍。 

以上,就是2019年年底各家5G SoC 晶片的大致情況。

2020年:第2.5代5G晶片

進入2020年後,受新冠疫情的影響,5G晶片和手機的發表速度有所放慢。

最先有動作的,是聯發科。

前面我們說到,聯發科發布了規格數據爆表的天璣1000。可是,後來我們一直沒有看到搭載天璣1000的手機問世,只看到兩款搭載了天璣1000L(天璣1000的縮水版)的手機。

2020年5月7日,在消費者苦等半年之後,聯發科線上發布了天璣1000的升級版——天璣1000plus(天璣1000+)。

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從聯發科發布的訊息看,硬體升級不大,主要是透過軟體調校,在功耗、遊戲體驗、螢幕更新率,以及影片畫質上進行提升。

不久後的5月19日,vivo發布了首款搭載天璣1000Plus晶片的機型——iQOO Z1,售價人民幣2198元起。

高通方面,2020年2月12日,三星S20發布會上,高通驍龍865正式亮相。此後,陸續被搭載在各大手機廠商的旗艦手機上,成為2020年的主流5G SoC 晶片。

2020年搭載驍龍865晶片的主要機型

2020年10月,華為隨同Mate 40 Pro發布了麒麟9000晶片。該晶片基於5nm工藝製程,內建了5G基頻(還是巴龍5000),性能上有所升級,支援5G超級上行(Super Uplink)和下行載波聚合(CA),上下行速率比其它手機有明顯提升。

晶片史就是手機發展史,回顧疫情前的5G手機晶片有哪些?

因為美國封殺,麒麟9000也成為最後一代華為麒麟高階晶片。

同樣是10月,蘋果公司推出了iPhone12,這是第一款支援5G的iPhone。iPhone12使用的是自家的A14仿生晶片,採用的是台積電5nm,外掛了一顆高通 X55 5G基頻晶片。

 

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