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5G手机就要来了,外挂基带的这些坑别踩

时间:2019-06-14 作者:黄烨锋 阅读:
5G手机背后当是5G RF全套系统在发力了,不过在这个5G才刚要起步的当下,你是否清楚现如今不同手机制造商以及芯片制造商所用的5G“基带”,在效率、能耗各方面又有很大差别呢?甄别这些差异,或许对未来半年选购5G手机更有益处。

5G带来的改变是什么呢?三个字总结就是速度快!不过这是个无法让人产生愉悦感的总结。更直观地说,有人用OPPO Reno 5G测试了区域测试中的5G网络,那酸爽形如用网易云音乐下歌时,进度条“只有全空和全满两种状态”;在iPhone上更新满屏的app,根本看不到下载进度条,而秒速推进至“安装中”;看高码率视频,直接拖动进度条感觉不到延迟,就跟看本地视频一样;下载GB尺寸级别的游戏,速度和解压游戏差不多......4fHEETC-电子工程专辑

5G手机背后当是5G RF全套系统在发力了,不过在这个5G才刚要起步的当下,你是否清楚现如今不同手机制造商以及芯片制造商所用的5G“基带”,在效率、能耗各方面又有很大差别呢?甄别这些差异,或许对未来半年选购5G手机更有益处。4fHEETC-电子工程专辑

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一波外挂5G基带的手机在路上

大众媒体报道说首批5G手机都有着逾万的售价,这跟前期5G基建、终端的初期投入成本分摊自然有很大的关系。就智能手机这样的消费终端设备来说,最早开售的5G手机自然没那么成熟。其中一个重要的问题就是5G基带外挂——比如高通骁龙X50、华为巴龙5000、三星Exynos Modem 5100,前期都以外置于应用SoC的形式,单独出现在主板上。而基带外挂也是成本提升的一个原因。4fHEETC-电子工程专辑

究竟什么是外挂基带?要搞清楚这个问题,我们首先就需要理解什么是基带。基带本身对应的英文是baseband,台湾将其译作“基频”——这是个更容易理解的词,说的是某种频率的信号。不过我们现在提到基带时,习惯上是指基带modem(调制解调器)。实际上,更广义的基带有时还包含了整个RF系统,不止是modem,还包括射频、天线等。但我们今天讨论的基带,都指基带modem。4fHEETC-电子工程专辑

Modem负责的自然就是信号的调制和解调了,手机信号的信道编解码,信源编解码、信道均衡、语音编解码、解扰、解扩和调制解调等。很多人可能都知道,基带modem从最底层决定了一台手机支持的网络制式、信号好坏、网速等。虽然它并非唯一因素,天线、射频在其间也扮演重要角色,但它的确是手机上技术门槛较高的组成部分。我们不能说iPhone XS信号差要单纯归结到Intel的modem,但Intel糟糕的modem技术也是众所周知的。4fHEETC-电子工程专辑

那么基带怎样才算是“外挂”(或外置),怎样又可称为“集成”(或内置)呢?通过一些拆解,我们可对这两者有个物理上的基本概念。比如苹果自己设计移动SoC,但没有能力开发基带modem,所以各代iPhone都采用外挂基带的方式存在;而高通一直是终端RF系统的行家,很多骁龙SoC通常内部都集成了基带。4fHEETC-电子工程专辑

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高通骁龙845 die shot,来源:TechInsights4fHEETC-电子工程专辑

这是骁龙845的die shot,其中标注了TechInsights认为是基带modem的部分——位于整个布局的右下角位置。这就是集成modem很直观的存在了,其占地面积完全不亚于包含cache的CPU模块。4fHEETC-电子工程专辑

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苹果A12 die shot,来源:TechInsights4fHEETC-电子工程专辑

上面这张图则是传说中CPU、GPU、NPU性能爆表,能效在移动SoC中独占鳌头的苹果A12的die shot。不过它内部就找不到modem的踪迹。那么iPhone XS的基带modem放在哪儿呢?4fHEETC-电子工程专辑

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iPhone XS内部位于上方的主板,来源:TechInsights
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苹果iPhone XS的RF主板,来源:iFixit4fHEETC-电子工程专辑

来自iFixit拆解显示,iPhone XS被人诟病的Intel基带,modem部分就是上方第二张图橙色框标出的这一块。而这个板子实际上是iPhone XS的RF主板,苹果A12则位于另一块板子之上(第一张图)——A12和modem隔的还是挺远的。这就是集成和外挂的直观差异。另外值得一提的是,iPhone XS的RF板子左侧还包含了诸如Skyworks的PA,Intel的RF Receiver等。4fHEETC-电子工程专辑

不难想象,集成基带对于SoC设计的集成度提出了更高的要求,在通讯数据交换时本身也有了功耗方面的优势。外挂基带相对而言成本会更高、功耗也更高,而且占据手机内部空间更大——以苹果一贯惜空间如金的作风,外挂基带大概也一直是苹果的痛,所以近期还有消息说苹果仍在洽谈Intel基带业务收购事宜。4fHEETC-电子工程专辑

而当前几乎所有手机制造商宣布推出的5G手机,无论海思麒麟系,还是高通骁龙系,都将采用5G基带外挂的方式存在。未来一段时间内上市的一波5G手机皆是如此。这对用户而言大约算不上什么好消息,也意味着当前的5G手机都还未至成熟。4fHEETC-电子工程专辑

即便都是外挂,情况也不大一样

高通骁龙855 SoC实际上是个比较奇特的存在:很多人都知道现在许多手机制造商发布的5G手机,如OPPO Reno 5G版都采用骁龙855,外挂骁龙X50这颗5G基带,但实际上骁龙855本身就内置了modem。只不过内置的这颗modem名叫骁龙X24 LTE modem。4fHEETC-电子工程专辑

X24在网络制式上支持GSM/EDGE、DV-DO、CDMA 1x、TD-SCDMA、WCDMA,以及最高Category 20的LTE。也就是说X24支持2G、3G、4G通讯。由于X50只支持5G,这种组合方式也就出现了。换句话说,未来一波采用骁龙855+外挂X50基带的手机,实际内部有两部分基带modem组成,以实现“全网通”。这对通讯功耗而言恐怕会雪上加霜。4fHEETC-电子工程专辑

但这也不能怪高通,毕竟X50是早在2016年就宣布的5G Modem,其规划时间相当早。实际产品抢首发,也就有了X24+X50:内置+外挂实现全网覆盖的这种设定。除此之外,骁龙X50由于历史包袱的存在,并不能实现对SA独立组网的支持——这是5G通讯的未来。而且X50不支持FDD,低于800MHz频谱因此无缘;也缺乏26GHz毫米波频段支持。考虑到手机的迭代速度,X50可以认为是某种合理的5G过渡方案。4fHEETC-电子工程专辑

盘点当前市面上主流的基带modem产品主要包括:4fHEETC-电子工程专辑

- 高通骁龙X504fHEETC-电子工程专辑
- 高通骁龙X554fHEETC-电子工程专辑
- Intel XMM81604fHEETC-电子工程专辑
- 华为巴龙50004fHEETC-电子工程专辑
- 三星Exynos 51004fHEETC-电子工程专辑
- 联发科Helio M704fHEETC-电子工程专辑
- UniSOC Makalu Ivy5104fHEETC-电子工程专辑

除了前述X50这种有历史包袱的基带modem,以及Intel宣布退出移动设备5G市场可能令XMM8160前途不明,其他modem产品基本都实现了“全网通”。其中联发科Helio M70预计未来会以内置的形式直接面世,而其他产品至少在外挂这件事情上会显得更加靠谱。4fHEETC-电子工程专辑

比如高通骁龙X55就已经补足了X50的短板,实现2G-5G的多模支持,支持NSA非独立组网和NA独立组网,补全了FDD模式的5G NR sub-6GHz——这样一来更低频率的信号覆盖范围得以变广;而且X55还支持频谱共享,也就是5G和4G可在相同频率共存。4fHEETC-电子工程专辑

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华为巴龙5000实际上已经在今年1月实现了首个5G商用终端——华为5G CPE Pr,在所有芯片制造商中都属名列前茅,而且也真正实现了全网通支持。如Mate 20X 5G这样的手机也算是现阶段外挂5G基带的楷模了。4fHEETC-电子工程专辑

这些5G基带毫米波传输下行峰值速率大约都在6-7Gbps的程度。当前主要的外挂基带搭配方式包括了:4fHEETC-电子工程专辑

- 高通骁龙855+骁龙X50(OPPO Reno 5G、小米MIX3 5G、一加7 Pro 5G等)4fHEETC-电子工程专辑
- 三星Exynos 9820+Exynos Modem 5100(Galaxy S10 5G国际版)4fHEETC-电子工程专辑
- 海思Kirin 980+巴龙5000(华为Mate 20X 5G)4fHEETC-电子工程专辑

集成5G基带是趋势

半个月前,联发科在台北国际电脑展上发布新的5G移动平台——不过似乎还没有名字。实际上就是个移动SoC,内部集成了联发科的5G基带modem Helio M70。我们也向联发科证实了这款产品就是内置基带的SoC,除了modem之外,还包括大核心Cortex-A77的CPU,和Mali-G77 GPU。具体SoC现在还没有型号和名称——联发科很有可能会为此重启Helio X系列,5G终端推向市场最快也要等到明年一季度。4fHEETC-电子工程专辑

另外此前德国媒体WinFuture的曝光消息显示,预计今年年底发布的骁龙865 SoC会包括内置5G基带的版本,即骁龙X55(另外也有未集成的版本)。这也算是毫无悬念的事情了。华为麒麟985应该是无缘集成5G基带了,990则有传言说会在明年第三季度携集成基带亮相。4fHEETC-电子工程专辑

5G基带的战场局势走向还不明朗,大家现阶段都忙着抢外挂5G基带的首发,而未来集成基带5G终端究竟谁先抢占市场也并不明朗,半年以后或可见分解。至于苹果和Intel的恩怨情仇,下一代iPhone无论如何应该也来不及集成5G基带了,是否外挂5G基带modem也都还是个问题。今年苹果和Intel、高通的故事走向,实在让苹果在5G这一局中落后甚多。4fHEETC-电子工程专辑

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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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