手机厂商的5G研发之谜,一场蓄势待发的战争

发布时间:03-2414:26

手机厂商埋头研发5G,到底在研究什么?

你准备换5G手机了吗?

在回答这个问题前,不妨先看一组新闻:

一加投资近3000万美元,用以提升和改进其5G研发实验室;

OPPO与通信技术服务商Keysight成立联合通信实验室,加强5G智能设备研发合作;

在手机处理器和5G基带都能从高通购买的情况下,手机厂商花如此大的力气研发5G,到底在研究什么?消费者是时候换上5G手机吗?

手机厂商的5G研发之谜

卖手机可能没有太多技术含量,营销占大头,但研发手机,却又是另一回事。

今年开年以来,小米、OPPO、vivo都陆续发布了5G旗舰机,5G换机潮正式拉开,消费者也能明显感受到这一波新机的起步价更高了,5G手机不再和低价挂钩。

价格是5G手机高研发投入的最直观体现。

按理来说,5G手机的处理器和基带都是高通备好的,手机厂商可以说是万事俱备,只欠东风。

但从高通去年的发布会也能看出,新一代通信技术的应用,于手机厂商来说并不是易事。

高通去年12月发布了最新的旗舰处理器骁龙865,令人比较意外的是骁龙865采用了“外挂”独立5G基带芯片的设计方式。当时,高通高管就基带外挂问题做出了澄清和解释:采用外挂方案可以让OEM厂商迅速商用骁龙865和X55,将产品尽快上市。

从这个角度看,手机厂商和芯片厂达成了共识,在既有内部设计不做太多调整情况下,加快5G智能手机投放市场的速度。

据了解,5G手机较4G手机的主要区别是核心“射频器件”——5G基带芯片、射频前端和终端天线的不同,这些又涉及到手机内部的设计,包括对平台、结构、散热、天线系统性的重新设计。

在手机这样小的尺寸空间内增加上百个元器件,其中需要考虑的问题很多。

首先是天线要增加,5G手机不仅包含4G手机的天线,还要增加多组5G频段天线,而天线数量的增加对手机结构的设计是一个巨大的考验。

其次是散热问题,5G网络的数据功耗比传统4G手机增加了50%到100%,这也是为什么一些5G手机采用了PC主机常用的液冷散热系统。

再就是外挂5G基带需要额外接口来传输数据,占用的面积也会更大。

而且,在5G应用中,从调制解调器到天线设计的优化是至关重要的,其中任何信号劣化都会导致用户端明显的滞后或延迟。

综上种种,如何在有限尺寸空间下将这些元器件堆叠在手机中,是手机厂商研发5G的最大难题之一。

这也是为什么他们要寻求合作,投入巨额资金的关键原因。

5G手机下的产业链升级

对于许多技术底子较为单薄的手机厂商来说,合作无疑是双赢的方式,5G也给了他们向着技术转型的动力,包括OV都在这几年参与到了更深层次的手机内部结构设计中,比如vivo与三星联合研发5G SoC芯片Exynos980。

但5G芯片设计并不是多数手机厂商的重头戏,业已成熟的芯片和供应链体系,已经卸下了他们身上的重担。

如今的智能手机产业链非常成熟,很多难题也能迎刃而解,他们需要解决的是内部设计的难题。

为缓解天线数量增多带来的高功耗等问题,中兴在5G手机器件堆叠和架构规划上费了不少功夫;而为了避免天线增多后彼此间产生信号干扰,OPPO自研了多路智能切换的算法及独立射频管理模块技术,vivo亦申请有天线解耦合技术等相关专利。

即便5G手机研发存在很多问题,但上游的元器件供应商也早已有了应对之策。

举个例子,5G手机的元器件数量大幅增加,但又要保持手机的体积不变,因此需要提高零组件的密度,而SLP(类载板)就是关键。

SLP可以将多层PCB板电路连接相通,从而将主板从2D变为3D,充分利用机身的空间,其最小线距可以达到30um,电子零部件可能以最高密度、最小型化的状态封装在手机内部。

再就是借助LCP基材解决天线的小型化难题,LCP具备良好的物理性能、功耗小,可减少5G信号的电磁损耗;在弯折性能方面,LCP天线可以贴合机身中框,也不会产生明显的回弹效应。

单从LCP来看,5G手机牵涉到整个产业链的技术升级,许多关键的器件也成为这两年4G手机的应用首选。

据移动设备和网络首席分析师林恩所言,按照近十年前4G LTE调制解调器的演进路线,我们将在2020年的5G智能手机设计迭代中看到多模5G调制解调器与智能手机SoC本身的集成,这种更高的集成度将影响现有支持SoC的SDRAM和电源管理,并消除主板上的额外芯片,更重要的是影响物料清单(BOM)成本。

图 | 未来的5G 设计

未来的5G智能手机将依靠紧凑的调制解调器到天线设计以集成更多的5G频率和模式支持。

手机厂商的技术之争

通信技术迭代下,手机厂商需要做的事情越来越多,技术创新、产品创新,都是一次大考,每一个元器件都可能是一个创新点。

考虑到当前全球范围竞争愈加激烈的手机市场,强技术研发能力成为国产手机厂商最想打上的烙印,为了一改无技术含量贴牌机、可替代的刻板印象,每年的研发投入也是水涨船高。

而且国内几大市占较高的手机厂商,经历市场的大浪淘沙后,为了提高竞争力,其身份也变得更加多元。

这一点在4G到5G迭代周期内显得更为突出。

5G无疑给他们的技术转型提供了极佳的契机,也是他们秀技术肌肉的最好载体。其中,自己造芯是不少手机厂商跨越的第一大步,但遗憾的是,至今除华为之外,国内没有任何一家手机厂商能揽下这个重任。

另外,随着智能手机产业链的愈加成熟,手机厂商想要从技术口寻求突破也愈加困难,相机能力、充电速度、系统的智能化、与其他智能硬件的联动等等,逐渐成为这几年主要的竞争要点。

而5G手机最为核心的还是基带芯片,从这个角度看,手机厂商之间的竞争并不会因为5G手机的推出而发生质的变化。

有意思的是,目前为了平衡技术研发和产品推出时间,国产5G手机的价格居高不下,许多试图转型高端手机市场的厂商借5G手机的东风蠢蠢欲动。

十年前,第一批4G手机的设计成本高昂且电源效率低下,之后出现了很多集成的硅解决方案,有助于将4G智能手机的成本降低到更合理的价格。

同理也适用于5G手机的更新迭代,当前的5G手机芯片并不是非常成熟,从高通依然坚持外挂基带也能看出,所以早期推出的这些5G手机也非常考验各大厂商的技术实力。

不过,随着半导体制造工艺的进步和硅片更高的集成度,特别是调制解调器和射频前端的紧密耦合,业界开始意识到成熟的5G芯片组设计所带来的优点。更好、更便宜、更快速的5G智能手机即将问世。

手机市场的优胜劣汰也会愈演愈烈。

本文部分内容参考自:

1、《第一代5G设计未来智能手机中调制解调器与射频集成的关键与亮点》作者:林恩

2、《浅谈5G手机背后的几个关键技术:主板、天线和散热》 作者:太平洋电脑网

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