RISC-V MCU中文社区

苹果的眼中钉,英特尔的肉中刺,5G芯片凭啥这么重要?

发表于 2021-04-08 21:53:42
0
139
毫无疑问,在未来很长一段时间内,“5G”都将是科技产业里最火的概念之一。新闻媒体、论坛群聊,随处都能见到关于“5G”铺天盖地的宣传——几乎所有人都达成了一个共识:5G = 未来。

是的,我承认,5G的确是未来的发展方向,我们也都知道,中国在世界5G领域里有着超强的话语权。但我们必须承认“科研强国 ≠ 产业强国”。我们也知道:中国的信息产业里仍然存在着大量的“卡脖子”问题,小小一个芯片问题,就不知道掀起了多少“惊涛骇浪”。

中国在5G领域的话语权的确很强,然而需要警觉的是:我们要如何避免在5G领域再一次陷入“大而不强” ?

实现5G强悍功能的前提是有足够多的5G设备,而这些设备的核心,就是5G芯片。稍微想想就觉得恐怖:如果我们没有自己的5G芯片,到头来怕是还要从国外进口——5G是中国人发明的,但最后我们仍然要被卡脖子——这未免也太丢人了。

还好,这种事情并没有发生——中国在5G芯片领域其实很强。

5G芯片,是什么?

年纪偏大的朋友应该还有印象:在90年代末/00年代初,如果想上网,那你的电脑就必须有“猫”——一个外接的小塑料盒子,一头连着电脑主机,另一头则连着电话线。

这玩意儿的滴滴声音
是一代人的回忆

在那个只能“拨号上网”的年代,在那个GGMM在网上冲浪的年代,“猫”是最重要的存在——现在的“铲屎官”算什么,那个年代的网民,有一个算一个,全都是“猫奴”!

GGMM,你也在网上冲浪啊

这里的“猫”,是来自英文MODEM(Modulator-Demodulator)的音译,它还有一个拗口的学名——调制解调器

今天,“光纤入户”已经是运营商最基本的服务了。但在20年前,光纤却是非常昂贵的材料,除了重点机关和运营商的机房,寻常人家极少能用光纤上网。那时候的“宽带”还叫ADSL,走的也不是光纤,而是电话线。

网站上的信息被转化成了模拟信号,顺着电话线传送到家中。“猫”把这种模拟信号转换成为数字信号,电脑再把数字信号变成电信号,最终再呈现到人们面前。尽管过去了20多年,但这种通信原理依旧存在——今天的“猫”基本都是“光猫”了,它们的职责就是把光纤里传来的光信号转换成为电脑能接受的电信号

早期调制解调器逻辑

对家庭电脑来说,主导上网功能的设备始终是“猫”,就算今天我们都直接用路由器连WIFI上网,但在路由器里必然是蹲着一只“猫”的。当“猫”被移植到了手机上,它就成为了“基带芯片”里非常重要的一部分。

所以,20年前,想上网,就要有“猫”;20年后,想上5G网,就要有“5G猫”。简单粗暴来理解,5G芯片就是这个年代、装在手机里的一只“超级强化猫”!

手机应用处理器
和基带处理器的关系

在5G时代,这个东西的意义太巨大了!——凡提到5G,就必然提到万物互联。既然万物都需要接入5G网络,那么四舍五入,就约等于万物都需要一块5G芯片。

简单来说,5G就是这样的

根据业内估计,未来全球接入5G网络的设备数量将会突破百亿大关。5G芯片的市场,异常庞大——5G芯片提供商其实根本没有在卖“芯片”,他们在卖进入新时代的“门票”啊!

在今天的地球上,只有五家企业能够提供合格的5G芯片。中国之外,只有高通和三星;中国之内,联发科(Mediatek)在台湾岛,另外两家则位于大陆——分别是设计出“麒麟”系列芯片的华为海思以及低调的芯片设计企业——紫光展锐。

高通、联发科、紫光展锐
抓住了387亿美元的全球基带市场

没错,在销售“5G时代”门票这件事儿上,咱们已经是“五分天下有其三”了!

最近,网上有种特别不好的风气:凡是中国没有外国有的,一定是先进的技术;凡是中国有外国也有的,一定是落后的技术;凡是中国有外国没有的,一定是没用的技术。

说到底,这种思维就是因为对自己不够自信——他们打心底不相信中国人比外国人更优秀。

叫醒这帮人的最好的方式,就是用“铁一样”的事实啪啪啪地给他们打脸!没错,你永远叫不醒一个装睡的人,但打一顿,他肯定就醒了!——中国5G芯片很争气,外国厂商比不过我们!你以为苹果和英特尔不想做吗?他们是真的做不了啊!

你为什么没去清华?
是不想吗?

5G芯片,有多难?

我们可以从市场、技术、实操三个维度来感受一下研制一款5G芯片的难度。

市场角度

5G芯片难到什么程度?
难到英特尔和苹果都头疼!

英特尔在投入大量金钱和研发人员之后才发现自己确实不是这块料,于是乖乖干回了“挤牙膏”的老本行。苹果不信邪,下决心要做自己的5G基带,但恐怕到2024年才能出货,怕是黄花菜都凉了。

这里还要插播一条搞笑的消息——英特尔在2016年的时候就放出狠话,扬言“英特尔是业内唯一可以提供端到端5G方案的厂商”。岂料两年之后,英特尔被狠狠打脸,最终宣布退出该项业务。

按常理来看,这时候的股价是要跳水的。但投资人们看到英特尔终于恢复了理智,纷纷感慨它终究还是学会了“知难而退”和“体面”——股价最后竟然还涨了6个点。

就,想笑。。。

说回正事儿,实际上,基带芯片的研发一直以来都是业内的重大挑战——从1G到2G再到5G,整个行业见证了一个个巨头的崛起和陨落——1G时代,摩托罗拉是唯一的玩家,但2G时代,摩托罗拉便销声匿迹了。2G时代称霸全球的诺基亚,在3G和4G时代也逐渐地落了下风。到了4G和5G的时代,市场上仍然有设计能力的企业就只剩下了寥寥数家。

“4G基带芯片竞赛”,淘汰了德州仪器、NVIDIA和飞思卡尔。“5G基带芯片竞赛”,世界级半导体巨头英特尔含恨退场——这些铩羽而归的企业,就是5G基带芯片困难指数的最好注脚。

别的产业是棋牌室——有人来有人走
半导体产业是大逃杀——人越来越少

技术角度

说起来有些好笑——这些业内大厂搞不定的5G基带芯片,主要还是因为他们技术不行。

没错,就是技术不行。

别看苹果独立设计出了A14、M1这种性能异常优秀的芯片,也不要再说英特尔的能力和经验有多强——设计应用处理器芯片是一回事,设计5G基带芯片是另一回事。

研发A14,M1这样的芯片,考验的只是厂商在半导体设计层面的技术和经验。而研发5G基带,不仅仅要考验厂商在半导体设计上的技术和经验,还要求厂商掌握通信领域的各种技术与知识。

这也就是为什么高通能一直“稳坐钓鱼台”的原因——毕竟,高通是一个从3G时代就开始做基带的老厂了。

如果从技术细节来看,5G主芯片的设计极为复杂:承载的软件量超过了1亿行代码,仅仅新增的代码量就超过了2000万行。

如果从手机内在结构来看,苹果A14之类的芯片更多是负责手机的“内部矛盾”——日常主要还是和屏幕、键盘、音响、摄像头打交道。

应用处理器,
考验的是计算技术!

而基带芯片负责处理“外部矛盾”——需要处理输入和输出的各种信号,玩的是数据吞吐能力。

举个例子来说吧,基带上有一个叫DSP(数字信号处理器)的核心硬件,它的作用是去实现无线通信物理层的核心算法,它的性能直接决定了基带芯片的数据吞吐量。DSP要是不靠谱,分分钟就能让你感受到什么叫“5G的网络,3G的速度。”

DSP主要就负责数据吞吐



你能不能在手机上顺畅地看4K/8K电影,能不能全画质打游戏,除了看信号好不好,就看你的基带性能了。

基带,考验的是通信技术!

当然,DSP的研发也并不容易。高通、联发科这类的老牌厂商自然是自研的。但实际上,国内最近攻势很猛的紫光展锐也实现了DSP的自研突破。

实操角度

除了上述各种技术要求,基带芯片还需要得到广泛的验证——这些芯片可不仅仅在中国或者美国使用——主流的基带芯片想要上市销售,就必须先通过全球120多个主要国家的超过200家电信网络运营商的网络验证。其中的120个是必须被严格检验的骨干网络,是最起码的门槛。

而且,这些测试可不是在计算机上模拟一下就完事儿的——在非洲、东南亚和印度之类的欠发达地区,运营商多如牛毛,无线电环境异常复杂——厂商的技术人员必须要亲身实地去执行测试,以保证基带芯片的高质量连接。

这就是5G基带芯片的困难所在——半导体技术、通信接口技术、项目管理能力——每一个能力都不可以缺失。

现在,中国厂商并不落后于外国同行。首先是高通在全球首发了5G芯片,但华为率先推出了商用的5G终端——Mate20。半年之后,2020年5月,搭载国产品牌紫光展锐的5G手机也上市了——我们终于能够欣喜地说一句:我们,追上来了。

写到这里我还要插一句题外话:随着技术的进步,通信行业的壁垒的确是越来越高了。在2G、3G的时代,尽管差异巨大,但技术门槛尚且没有那么高,新来的玩家如果有足够的资本和技术支持,还能杀出一片天。

但现在,5G基带芯片的难度已经让英特尔和苹果这样的老牌巨头折戟沉沙了——新来的人,又能有几分胜算呢?

更何况,社会发展并不均匀,一线城市开始推广5G的时候,四五线城市和农村甚至还有相当数量的人在使用2G/3G的手机。新来的玩家如果想做基带,那么也必须要确保产品能够兼容之前的网络——等于要从2G时代开始补课

这个行业,再也不会有新人进入了。紫光展锐和华为海思,可以说是最后跳上这辆列车的唯二企业!

当然,对于已经上车的展锐和海思来说,这反而意味着:在大陆的市场上,短期之内很难会有新人来分蛋糕了。

5G芯片,有多重要?

看到这里,大家应该发现,紫光展锐的出现频率很高了。

是的,这家公司引起了我的关注——在研究“5G基带芯片”之前,我甚至对这家企业都没有什么特别清楚的了解。大概就停留在——展锐?那个搞芯片的吧?——这个地步。


而实际上,这家低调的企业竟然默默地就成为了世界五大基带芯片供应商之一。排除掉专属于华为的海思,紫光展锐,实际上是中国公开市场上唯一一家能提供5G基带芯片的企业。


在仔细阅读了资料之后我发现,我低估了两点:第一,5G芯片的重要性。第二,5G芯片的提供商的战略地位。

在我看来,发展5G芯片的优先级,实际上要高于发展处理器芯片

在手机终端上,根据《中国移动互联网2018年半年大报告》,一个中国人平均每天要用5个多小时的手机。而社交、视频和资讯,是最大的三个“时间杀手”——换而言之,今天,手机的核心属性是网络终端——通信性能才是手机最关键的指标

在诸如远程医疗、无人驾驶、物联网等领域,通信性能的重要性更强了——对一辆飞驰的、时速百公里的无人驾驶汽车来说,在车里能不能打游戏并不重要,但随时根据周围环境和导航作出反应才重要。


所以,我才认为“5G”基带芯片是“一张门票”——通信性能是未来一切应用的基石。中国如果可以独立自主设计、生产5G基带芯片,那么在未来也就并不用太担心“卡脖子”的问题。

在这种背景下,相应地,5G基带芯片提供商的地位也就异常重要了。

甭管软件还是硬件,当所有的应用都需要和基带芯片做绑定的时候。做基带芯片的企业就厉害了,因为他们就成了上游,就成了给淘金者“卖铲子”的人。

在传统产业中,客观地存在着一条条分明的供应链,每一个环节的参与者都很有分量。而在信息产业中,芯片厂商才是王道——后期应用都围绕着芯片企业的一举一动而变化——商用的4G的基带出货了,移动互联网才算真的落地生根,才有了后续的一整个时代。

整个信息产业的生态,几乎完全都压在了几家芯片企业的身上。他们是当之无愧的“行业生态承载者”


现在,比4G更重要的5G来了。

尾声:
中国基带芯片的
曲折发展之路

中国基带的发展之路,走的非常坎坷。事实上,中国任何一个满足“落后-追赶-超越”产业的发展史,都一定充满了各种曲折离奇的经历。

很长一段时间以来,中国在基带芯片领域的存在感都几乎为0。

由于中国的通信产业起步较晚,我们几乎完美地错过了1G/2G时代。等到中国企业形成完整产业链和布局的时候,世界已经到了3G时代前夜。华为海思埋头苦干了十几年,终于追平海外友商。紫光展锐虽然一直在赛道上,但历史上在2G、3G、4G阶段分别落后于一线竞争对手15年、8年、10年。

在我看来,落后的根子,
就在于两件事儿:

客观上来说,那些年,中国的信息产业还没有发育完全。前文我们已经说了,基带芯片的制造需要“通信+半导体”的双重知识储备——年轻的中国厂商想要和经验丰富的外国老店PK,确实还差了点火候。

主观上来说,3G也好,4G也罢,标准都是别人定的。3G和4G时代,美国高通公司几乎一直都牢牢把持着国际通信标准的定义权。而那时候的中国厂商,还在战战兢兢又傻傻地精心准备着自己的标准——我们甚至连该说什么话都不懂!

这不是段子,而是真实的故事:1997年,国际电信联盟开始征集3G的技术标准。中国的通信产业人士自然也不甘寂寞,专门开了研讨会,商讨是否要向国际电信联盟提交一份“中国标准”。

这件事儿放在今天,那必然是全场异口同声地怒吼“冲!冲!冲!”。但在那个年代,大多数人都反对——有的人认为所谓的“通信标准”不过是西方资本主义国家的花招把戏,有的人则认为中国经验不足,此举凶多吉少——是啊,标准文件厚厚一沓,我们甚至连开头该说点什么套话都不知道。

但实际上,不要小看标准,
因为“标准” = “赚钱的权利”。

现在,时代变了,洗牌了。
世界进入了5G时代,我们不再是追赶者了

以华为海思和紫光展锐为代表的中国5G基带芯片厂商先后推出了多款优秀的基带芯片,不仅能够自豪地对英特尔、苹果喊一句“嘻嘻,你没有吧?”,还能力压三星,和高通打个有来有去。

这里我忍不住又想黑一波英特尔了:2019年初的时候,展锐还没有现在的技术实力,本来是打算和英特尔合作开发5G基带的。但紫光展锐新任的CEO楚庆在18年底到任后,洞见了英特尔的短板所在,认为英特尔缺乏必要的研发实力,终止了合作计划,在当时还引发了行业内的讨论和质疑。

后来的事情证明:英特尔不仅没有做出5G基带芯片,还顺带把苹果给坑惨了。更重要的是,楚庆为代表的本土行业大牛们都坚信,核心技术是买不来、合作不来的,说一千道一万,还是得靠自己研发。

紫光展锐CEO 楚庆

紫光展锐是由展讯和锐迪科合并而来,从展讯创立开始算,已经有20年的历史了。但2019年之后的展锐,经过了大刀阔斧的改革,已经是一家完全不同的公司了。

展锐最近两年的进步,帮助中国追赶上了世界领先水平,从之前的状态中“触底反弹”——各种新兴技术层出不穷。目前,紫光展锐在5G基带相关的技术上实力不俗。

展锐将自身60%的研发力量都投入到了5G的研发上。原本5G芯片只是实验室里的产品,没有量产的计划,但展锐5G第一代芯片在2020年5月批量出货,创造了历史记录,第二代5G芯片T7520也正式回片,取得了重大的胜利。

T7520不仅研发速度很快,在工艺上也非常领先——交付台积电进行生产的展锐T7250芯片的工艺制程仅有6nm,比如主流制程领先半代,成为了全球首颗 6nm EUV工艺的5G芯片。


当然,我们也不能掉以轻心:芯片设计领域里的EDA软件,不论是海思还是紫光展锐,使用的都是美国Cadence公司的产品——卡脖子的风险,依旧不容忽视。

一台小小的手机,核心的零部件也就那么几种。对中国芯片厂商,信心和耐心一样重要。我们相信,我们也等得起!



—End—

139 0

下一篇:RISC-V入门科普
你的回应
关于作者
	
mikew

mikew 未通过人工认证

懒的都不写签名

问答
粉丝
0
关注
0
  • 早春营|RISC-V处理器嵌入式开发
  • RV-STAR 开发板
  • RISC-V处理器设计系列课程
  • 培养RISC-V大学土壤 共建RISC-V教育生态
早春营|RISC-V处理器嵌入式开发