隨著基于三星Exynos 980、高通驍龍765G等芯片的智能手機陸續發布，各家終端芯片廠商在5G方面的表現也逐漸清楚了。如果對各家產品比較了解的話，那么大家肯定會驚訝地發現：到目前為止，只有麒麟990 5G一款芯片算得上真正的雙模5G旗艦SoC，而競爭對手實際開售的產品要么定位中端，要么就是獨立基帶，為什么會出現這種情況呢？
雙模5G全面鋪開
要解答這個問題，首先要弄清楚為什么必須做雙模5G。智能手機需要接入移動網絡才能使用，那么芯片的制式就必須配合運營商網絡。2019年10月31日，國內三大運營商同時宣布5G商用。在2019年末、2020年初這個時間點，我們終于看到了中國5G網絡全面鋪開的趨勢，同時也對接下來5G網絡終端應該具備的素質有了一個全面的了解。
雖然國內5G網絡建設是以非獨立組網（NSA）的方式起步，但是三大運營商均將獨立組網（SA）作為了5G網絡建設的主要模式，即便是初期以非獨立組網模式建設的5G網絡，也會逐步過渡到獨立組網。非獨立組網只能承載增強型移動寬帶（eMBB）類應用，低時延高可靠（URLLC）和海量機器類通信（mMTC）類應用必須要擁有5G核心網的獨立組網模式才能實現。
在這種情況下，2020年運營商將會全面推進5G獨立組網，智能手機支持NSA/SA雙模5G成為必需。如果說2019年初期試水的智能手機還可以用NSA單模5G（最典型的就是大量基于高通X50外掛基帶的單模5G手機）搶個鮮，那么隨著2020年的到來，這條路已經行不通了。
看看各大終端芯片廠商的最新產品吧。華為在2019年9月率先推出了支持NSA/SA雙模5G和TDD/FDD全頻段的麒麟990 5G旗艦SoC，這是業界首個全網通5G SoC，5G NR下行峰值速率達2.3Gbps，上行峰值速率達1.25Gbps，同時還支持5G雙卡。
隨后三星推出了Exynos 990和Exynos 980，可惜作為旗艦的Exynos 990需要外掛Exynos Modem 5123芯片才能支持雙模5G，而原生支持雙模5G的整合SoC Exynos 980采用的是2大核+6小核的配置，屬于標準的中端芯片。
聯發科在5G雙模上的動作倒是不慢，先是推出了主流定位的M70，之后在2019年11月底又發布了旗艦級別的天璣1000。聯發科算是到目前為止唯一發布兩款雙模5G SoC的廠商，可惜市面上還沒有一款基于其5G芯片的智能手機發布，估計最快也要等到2020年第一季度才會大量鋪貨了。
其實相對來說最讓人失望的是反而是高通，曾經移動終端芯片領域的霸主，在5G技術上的反應相當緩慢。先是用驍龍X50單模基帶制造了一批“小白鼠”，之后一直拖到了2019年12月初，才正式發布了自己的雙模5G產品，其中旗艦芯片高通驍龍865需要搭配外掛驍龍X55基帶使用，采用整合芯片設計的只有高通驍龍765/765G這樣的中端芯片。目前基于高通方案打造的雙模5G智能手機只有采用高通驍龍765G中端芯片的紅米K30一款產品，并且實際開售時間要等到2020年1月份去了。
不僅是時間進度的問題，在通信性能方面，目前麒麟990 5G也領先于其他芯片方案。2019年11月15日，中國移動發布了《中國移動2019智能硬件質量報告（第二期）》。其中的5G芯片評測結果顯示，麒麟990 5G在5G多天線吞吐量性能、典型場景功耗性能、芯片弱覆蓋性能測試中，均斬獲最優星級評價，位列第一。
有人可能會覺得奇怪：麒麟990 5G的峰值下載速率“只有”2.3Gbps，而高通驍龍X55基帶的峰值速率高達7.5Gbps，即便是X50基帶的峰值速率也有5Gbps，為什么運營商對麒麟990 5G的評價反而更高呢？其實即便不考慮功耗、穩定性、性能等因素，僅就峰值速率這一個指標，高通驍龍X55的所謂峰值速率實際上也并沒有什么實質意義，因為該速度是基于毫米波和800MHz頻寬實現的，而非絕大多數5G運營商所采用的Sub-6GHz頻率。這也就意味著，其標稱的7.5Gbps的峰值速率，國內用戶短期內是用不上的。
其實，每次談到5G網絡，總是繞不開Sub-6GHz和mmWave毫米波的話題。之前高通在技術大會上就特別強調了毫米波，這也成為很多人認為麒麟990 5G不完善的一個原因。其實在零鏡網看來，對于毫米波的問題，麒麟990 5G并非不能支持，只是不想支持而已。華為早在2013年就展示過毫米波峰值速率高達115Gbps的技術，你覺得連毫米波基站都沒問題的華為，會造不出支持毫米波的終端芯片嗎？但是為什么不支持呢？因為除了美國因為軍方大量占用Sub-6GHz頻段使得運營商不得不建設毫米波5G網絡之外，只要是思維正常的運營商，目前都不會將毫米波作為大范圍覆蓋的5G網絡解決方案。毫米波技術確實在低延遲、大帶寬方面有優勢，但是極差的穿透性、非常小的覆蓋范圍以及較高的功耗決定了，它只能用于固定點覆蓋的工業互聯網領域，智能手機使用的可能性極低。
毫米波的波長通常只有1至10毫米，因此不僅覆蓋距離短，而且傳輸過程中信號衰耗大，非常容易受障礙物阻擋，所謂的障礙物甚至包括雨滴和大的顆粒物。此前在高通的 5G展示中，只需要用手擋在信號發射器與手機模型之間，就能夠讓毫米波的傳輸速率直線下降。而與現行4G網絡相差不大的Sub-6GHz頻段，相對來說覆蓋范圍更廣，穿透能力也更強。這也就意味著，要覆蓋同樣面積的區域，采用Sub-6GHz頻段所需要的基站數量將會遠小于毫米波頻段。
整合才是王道
關于5G SoC的另一個討論熱點是“整合”，也就是基帶是否應該被整合在一起。在過去“整合優于外掛”的觀點是主流，記得當年麒麟950因為技術專利的問題不得不搭配外掛CDMA基帶，曾經被各路專家批得體無完膚，直到麒麟960出來才算解決問題。但是到了4年后的今天，市面上突然又出現了一波“外掛可以保證性能發揮”的評論。對于這種情況，零鏡網只能說：奇葩年年有，今年特別多！
“外掛”黨們拿出來的例子是PC上的顯卡，獨立顯卡的性能均優于集成顯卡，所以“外掛可以保證性能發揮”。這種類比明顯混淆了概念，因為PC和手機完全是兩種不同的產品形態，PC首先要保證性能，功耗和發熱并非最核心的指標，顯卡TDP功耗超過100W的比比皆是。但是手機不同，因為內部空間更緊湊、散熱難度更大、續航要求更高，所以功耗和發熱是智能手機的生命線。“整合”可以縮小芯片面積、控制系統功耗，同工藝、同代次下“整合優于外掛”幾乎就是絕對的真理。
至于為什么忽然又有人提倡外掛獨立基帶，原因很簡單：目前高通和三星推出的新一代旗艦芯片驍龍865和Exynos 990都需要搭配獨立基帶使用，沒能實現全面整合。而驍龍865恰恰是除了華為系之外，幾乎所有智能手機廠商旗艦機型的必然也是唯一選擇。相信在聯發科天璣1000芯片全面發售之前，這種情況幾乎不可能改變。那么在這種情況下，如果不洗白一下外掛基帶，后面發布旗艦機型的時候又該怎么操作呢？2019年10月底的時候，OPPO副總裁沈義人甚至因為推薦整合基帶SoC和NSA/SA雙模而不得不清空自己的微博，可見“外掛”與“整合”的討論并不是技術問題，而是商業問題。
那么，為什么高通、三星不采用整合SoC設計來做旗艦芯片呢？在目前的工藝階段，零鏡網認為，不是他們實現不了，而是成本太高、難度太大，不具備量產價值。每一顆芯片都是一個功耗受限的容器，只有把握好Modem和AP性能功耗的平衡，控制好所有模塊的功耗上限，才能實現全面整合。5G芯片集成度更高，對工藝的要求也更高，考驗的是芯片廠商全方位的實力。
以麒麟990 5G為例，為了實現全面整合，首先它采用了業界最先進的工藝制程，這是需要向臺積電支付大量成本的；其次它沒有在5G基帶中加入對毫米波的支持，這意味著在基帶部分的晶體管規模和設計復雜度得到降低。最終打造出的麒麟990 5G SoC依然擁有103億個晶體管，是目前晶體管數最多、功能最完整、復雜度最高的5G SoC。當然，整合的好處也顯而易見：板級面積相比業界其他分離5G方案小36%，功耗降低20%。
如果沒有能力全部做好，又不想在5G SoC上掉隊，那么就只能在Modem或者AP上做取舍。因為目前雙模5G已經成為剛需，高通、三星等廠商又需要為了保住美國市場而強行支持毫米波技術，那么就只能采用保Modem、舍AP的做法，在中端芯片上采用全整合SoC，而在旗艦芯片上采用外掛獨立基帶的方式。高通驍龍765G/765和三星Exynos 980，就是這種做法的產物。
先進工藝是實現的基礎
既然可以通過提升工藝來控制總體功耗，從而實現全整合，那么有些廠商為什么不直接采用最先進的制程工藝來生產呢？很簡單，在半導體制造領域，每一次制造工藝的升級對應的都是海量的真金白銀。以制造半導體芯片必須的光刻機為例，荷蘭AMSL一臺7nm+EUV工藝光刻機的售價高達1.2億歐元，不還價還得提前訂購、排隊購買。
作為全球領先的半導體代工企業，臺積電為了升級5nm制程，已經計劃砸下高達250億美元的資金。這些資金，都是需要從每一顆芯片的代工成本中攤銷的。如今在半導體代工領域，臺積電是公認技術最強的，占據了52.7%的市場份額（2019年Q4預測），而排名第二的三星只占有17.8%的市場份額，已經不在同一個層面了，這背后正是臺積電每年高達百億美元的投資。
不只是制造成本，為了充分發揮出新制程工藝的價值，芯片廠商還需要從設計階段就投入資金進行技術儲備，這是一個漫長而昂貴的過程。麒麟990 5G之所以能夠搶先應用7nm+EUV工藝，是因為華為從2014年就開始進行EUV技術的儲備，聯合合作伙伴共同研發并推動EUV技術成熟。為了實現7nm+EUV工藝的穩定量產，麒麟990 5G在研發和試制過程也花費了大量的成本。
其實在移動芯片領域，麒麟一直都是先進半導體工藝的引領者。大家回顧一下可以知道，麒麟950是業界首個采用16nm FinFET工藝的，麒麟970是首個商用10nm工藝的，去年的麒麟980是首個商用7nm工藝的，麒麟990 5G又是首個商用7nm+EUV工藝的。而最新的新聞顯示，華為和蘋果又將是臺積電5nm、3nm工藝的第一批使用者。
先進工藝能夠帶來性能和能效的提升，這個道理是顯而易見的。但是為什么有些芯片廠商不愿意采用最新的工藝呢？歸根到底還是一個“錢”字。高通產品管理高級副總裁Keith Kressin在接受采訪時曾表示：“在為每一款芯片選擇代工廠時，高通都會綜合考慮多種因素，包括功耗、封裝尺寸等技術參數的考量，也包括商業上的考慮，比如說晶圓可用性、投產速度、供應鏈多樣性等。”在零鏡網看來，其中更多的應該還是商業（成本）上的考慮吧。相比起來，還是聯發科比較實在，直接說7nm制程光罩成本太高，抬高了芯片成品的價格。如果看透了這些，相信大家就能理解聯發科天璣1000仍采用老版本7nm工藝、高通驍龍765G/765采用三星8nm工藝的舉動了。
零鏡觀點：芯片競爭 不進則退
其實，過去8年的絕大多數時間里，高通都是手機SoC領域的霸主，哪怕偶爾有時候落后也是因為產品發布時機的問題。但是在此次5G換代的過程中，華為卻實現了一次真正意義上的領先。如果不考慮美國制裁的因素，我們相信這種領先的程度會更加明顯。
為什么會出現這種情況？看過前文分析的朋友應該已經有了大致的結論。科技行業永遠都是一個資本密集型產業，需要不斷地高額研發投入來維持技術進步。華為在5G研發上投入了巨資，早在2013年華為就宣布投入6億美元，用于5G標準與技術的研究。在5G產品研發上，僅2017年華為就投入了40多億人民幣，用于5G端到端解決方案的研發。
2018年華為的收入為7212億人民幣，利潤為593億人民幣，而研發投入高達1015億元，占銷售收入的14.1%，是當年凈利潤的接近兩倍。華為在2018擁有的研發員工超過8萬名，約占總員工人數的45%。在過去的十年里，華為在研發方面的總投入超過4850億人民幣，已經超過了高通成立（1985年）至今的總研發投入。根據聯合國附屬世界知識產權組織公布的數據，2018年，華為向該組織提交了5405份專利申請，在世界所有企業中排名第一。截至2018年12月31日，華為在全球累計獲得授權專利87805件。
德國專利數據公司IPlytics 2019年6月給出的報告顯示，已聲明的5G標準必要專利SEP最新排名中，華為聲明的5G SEP專利數高達2160個，排名第一；第二名是諾基亞，其5G SEP專利為1516個，第三名則是中興，其5G SEP專利有1424個；第四、第五分別是LG和三星，各有1359、1353個5G SEP專利。
每一款芯片的規劃和研發都是滾動進行的，最終上市的產品可能需要提前兩三年規劃布局，每個階段都需要大量的資金投入。在芯片行業，玩不得虛假，沒有捷徑可走。華為從2009年起開始布局5G，經過多年努力已經具備了從5G核心網到基站再到5G芯片、5G手機、5G CPE和5G Modem的全套NSA/SA端到端解決方案。
所以，為什么麒麟990 5G會成為目前唯一一款全整合的雙模5G旗艦SoC？
因為，一切水到渠成！這是真金白銀砸出來的，也是每一位華為員工拼出來的。
