为解决 5G 部署难的问题,高通推出了全新 X60 芯片
原创2020-02-19 23:50

为解决 5G 部署难的问题,高通推出了全新 X60 芯片

虽然移动通信与手机产业的盛事,MWC 最后因为疫情而取消了,但作为通信业龙头之一的高通 (Qualcomm) 仍然按照预定计划,推出了新一代 5G 调制解调器及射频系统(俗称基带芯片):X60。


X60 芯片是高通的第三代 5G 芯片,也是全球第一块 5 纳米制程的 5G 芯片,并加入了全新的载波聚合技术,相比起上一代 X55 ,带来更快的速度、以及更好的功耗控制。此外,X60 采用的全新载波聚合技术,能灵活支持 5G 与 4G 的复杂又混乱的大量频谱,希望藉此能推动全球布署 5G 部络。


为什么要推动 5G 进程部署?


科技界部署 5G (第 5 代流动通信技术)都有 4-5 年了,尽管去年陆续有 5G 手机出现,但仍然远远叫不上普及。为什么 5G 看起来这么近,但实际又那么远?


究其原因,是因为部署 5G ,远比部署 4G 要难。而部署的难点之一,是 5G 频段十分混乱。


以往 4G 使用的是较低频的长波(3GHz 以下),为了进一步提升带宽,5G 采用了更高频率的频段,但高频也会带来另一个副作用,就是发射距离更短。为了保证信号能有足够的覆盖,所以网络运营商部署 5G 时,需要部署比 4G 时代更多的基站,所以成本也远比 4G 要高。


毫米波、Sub-6 与 4G LTE 的波段覆盖示意图。图片来源:高通。


因为高频谱 5G  基站部署成本极高,所以最初制定 5G 技术时,采用了各种权宜方案:5G 的高频率频段,除了有带宽大、幅盖范围小的高速超高频(约 3GHz - 40GHz)毫米波 (mmWave) ,更设有频率略低一的 6GHz 以下频谱:Sub-6 特高频频谱(约 0.3GHz - 6GHz)。


Sub-6 频率的带宽虽然较窄,但频率与 4G 的频谱比较接近,所以幅盖范围则比较广(上图),可以减少基站的数量,降低运营商的部署成本。而由于历史的原因,Sub-6 谱段里,还要再分为 FDD 和 TDD 两种制式。因此,目前 5G 网络在毫米波、Sub-6、FDD、TDD 等种组合之下,产生了超过 10,000 种的频段组合,而些频段组合之间难以互相覆盖,手机传输信息时,数据往往只能同一组合频段里堵着,因而使我们无法用尽频宽。



如果大家还太不明白,也不要紧。全球的移动通信网络信号,都在大气里的不同的无线电频段上传输。想像一下每一个频段,就是一条高速公路,但这些高速公路使用各种制式技术,互不兼容。


所以如果你这个数据包用了 Sub-6 FDD 的频段 1 传输,所有信息都要挤在这条路上传送(上图),即使旁边的个频段也是空置的,你也只能眼巴巴的看着数据堵在同一个频段里。当这条“公路”上的手机愈多、数据愈大,传送速到也会愈慢。这样,不但白白浪费大气里的无线电资源,也使运营商难以部署。


“载波聚合”技术是什么?



但 X60 采用了“载波聚合”技术后,当手机传输数据时,X60 可以灵活地通过多个频段传输数据,情况就好像公路扩阔了,堵着的车子都可以从不同的行车线上运送文件(上图)。“载波聚合”可以在有限的基站下,使 5G 传输速度变快,网络的吞吐量也会增加,能同时让更多的设备、通过 5G 网络转送更多的信息,也能通过不同覆盖范围的频段,来增加 5G 的覆盖能力。


举例说,如果运营商支持 4G 频谱的动态频谱共享 (Dynamic Spectrum Sharing,DSS),使用 X60 手机就直接利用闲置的 4G 频段,传输 5G 信号,因此,运营商可以在原有 4G 频段上,直接铺上 5G 的 TDD 频段,让运营商部署更方便、成本也更低。


图片来源:高通


不过,尽管根据高通指在载波聚合下,X60 的峰值速率将会是 X55 的一倍,但按官方目前所公布的数据里, X60的最高下行速度为 7.5Gbps,与上一代 X55 相同,也和竞品华为巴龙 5000 一样


全球第一块 5nm 制程 5G 芯片


此外,高通新一代 X60 芯片的另一个重要特点,是高通首度推出 5 纳米制程的 5G 芯片。


芯片需要以纳米级别的极细微工艺,愈小的制程工艺,能把芯片的体积进一步缩小,节省手机机体里珍贵的空间。此外,愈小的制程也能带来愈佳的能效,让手机上网的速度更快、也能更为省电。5 纳米制程,是目前芯片生产的最新、最尖端制程,目前只有台积电 (TSMC)、三星 (Samsung) 等少数晶圆厂能生产。


去年,台积电的 7 纳米产能已经十分紧张,而 5 纳米也不容乐观,据消息指,台积电的 5 纳米制程,早已被苹果承包起来,甚至把华为的订单都挤掉了。目前高通宣布 X60 进入 5 纳米制程时代,虽然他们没有透露代工厂是谁,但也使媒体消息指三星已抢得高通的 5 纳米订单的机会大增。另一方面,高通的竞争对手华为和联发科等,在未来是否赶及在上半年推出 5 纳米制程的芯片,仍然不得而知。



虽然它采用了 5 纳米的制程,所以占板面积更小,但未来高通新款的骁龙 875 芯片,是否会继续沿用现在的“外挂”设计(手机芯片 + 5G 芯片组合),还是顺着 5 纳米带来的制程优势,直接把 X60 的功能集成在手机芯片里。


近十年来,由于半导体制程愈来愈小,很多芯片公司都选择尽量把不同的芯片功能,集成在手机的系统芯片 (SoC) 上,减少芯片的体积,降低芯片的功耗、并进一步降低成本。但近两年高通推出的骁龙手机芯片组合,均改用系统芯片 + 5G 芯片组合的外挂设计,惹来巨大争议。虎嗅作者李赓早前参与高通的活动,也撰文解释了高通的用意所在,但坊间对外挂设计的质疑,仍然持续不休。


高通官方未有透露未来的骁龙 875 芯片,是否也会外挂 X60,但他们表示骁龙865 + X55 是作为组合一起设计和优化。而 X60 是高通的新一代的调制解调器及射频系统,目前并没有打算与 865 组合使用,因此,估计未来推出的骁龙 875,很有可能也是通过外挂方式,与 X60 组合使用。至于这种外挂方式,在未来如何与集成 5G 基带的联发科天玑 1000 竞争,就留日后分解。


2021 年开始出货


除此之外,X60 也加入了不少新的技术。当中包括有 Voice-over-NR(VoNR) 技术,以及全新的 ultraSAW 滤波器。此外值得注意的,还有全新的毫米波天线模组 QTM35。



QTM535 与前一代 QTM525 相比,号称性能更强,也能能够支持所有全球更大范围的毫米波部署。它同样集成了毫米波射频链路上的所有元件,只需要2-4个这样的模组,就能造出一部支持毫米波的手机。但它比起前一代的体积更少,以及便于搭配全面屏、可折叠等新的手机设计。有趣的是,当 X60 芯片不会与骁龙 865 手机芯片组合使用,但反而可以和上一代 QTM525 天线组合使用。


目前高通计划在 2020 年第一季度为 X60 进行出样,预计搭载 X60 的手机将在 2021 年年初出货。对,今年的手机,还是用不上,你的想要的 iPhone 12 ,最多也只是搭配上一代的 X55。

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