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09｜你真的了解5G的终端和芯片吗？
你好，我是杨四昌。
我相信你第一眼看到我这个标题，肯定会想，芯片另说，谁不知道5G终端呢？不就是5G手机吗？这个理解怎么说呢，大方向是对的。确实，手机是5G最常见、最重要的终端。
在今年2月份的上海全球移动通信大会（上海GSMA大会）上，华为、三星、小米等手机厂家纷纷展示了令人惊艳的5G折叠屏手机，还有搭载4个摄像头甚至6个摄像头的5G手机。随着5G的到来，手机的创新也进入了一个高潮期。
如果说，发动机是汽车的心脏，那么5G芯片就是5G终端的心脏。这段时间，关于5G芯片的新闻也是高潮迭起。2019年9月，华为推出了第一块5G SoC芯片麒麟990 5G芯片，紧接着在2020年10月，发布了5纳米的麒麟9000 5G SoC芯片。到目前为止，高通、联发科也都纷纷发布了5纳米的5G SoC芯片。还有消息说小米、OPPO、vivo都有5G芯片自研计划。
这些现象都说明，目前5G终端和芯片的研发已经进入了一个创新的上升周期。
这一节课，我会带你了解5G终端和芯片的大概情况，理解它们之间的相互关系，也会让你来看看几类持续创新发展中的重要5G芯片。
我们先来看看5G终端的情况吧。
5G终端有什么？
继续回到我们开头的这个话题：5G终端不就是5G手机嘛？我说大方向没问题的原因是，我这节课要给你讲的5G终端确实指5G手机。可是，这个说法还是太片面了。
我把各种类型的5G终端按用途分了一下类，你可以花一分钟先看看：
你可以看到，5G的终端真是非常丰富，远不止我们熟知的5G手机这一种。它可以分成5G手机、5G便携设备、5G AR/VR、5G消费级数据设备、5G模组、5G可穿戴和消费终端、5G工业级数据设备，以及5G行业设备这八大类。
我们未来个人的消费娱乐、家居生活，还有工业上、行业上的许多设备和应用，都将与5G息息相关。
那目前5G终端的发展情况是怎么样呢？
据全球供应商联盟GSA的权威数据，截至2021年5月，全球范围内已发布756款5G终端，其中468款已经正式商用。具体到5G手机，已经发布387款，其中已商用的有330款，已发布的5G手机数量占已发布5G终端总数量的51.2%。从这个数据上看出两点：
- 目前已商用的5G终端以5G手机为主，这和目前5G主要以To C业务为主的发展阶段是相匹配的；
- 除了5G手机之外，我们还有许多不同种类的5G终端，他们的数量还在持续增长中。
但是你不难看出，5G手机是目前发展最快速的一类5G终端。目前我们可以通过已发布的5G手机，可以预测5G手机的发展趋势会是下面这个方向：
- 更大屏幕、柔性屏、折叠屏；
- 更大容量的电池，增加续航能力，手机也可以越来越轻薄；
- 多摄像头组合，前置自拍摄像头性能提升，以应对未来的各类高清直播；
- 屏幕上采用2K/4K高分辨率和更高的刷新频率；
- 快充、无线充电。
当然，手机的这些进步和我们设计、制造工艺以及新材料的应用脱不开关系，但是同样的，在实际应用上，5G的手机发展更离不开芯片的支持。可以说，没有5G芯片就没有5G终端，没有5G手机。
一部5G手机里有多少5G芯片？
如果我问你，一部5G手机里会有多少5G芯片？或者说，一部5G手机里包含着哪些5G芯片？你会不会感到疑惑：难道不就是一个核心处理器吗？比如iPhone 12里的A14仿生芯片。
这是很多人面临的误区，其实，手机里的芯片种类远比你想象得多，这个A14仿生芯片就只是iPhone 12手机里众多芯片中的一个。你可以先通过下面这张图来看看一部5G手机里会包含哪些主要芯片。
我们可以从图中看到，5G手机主要包括两大类芯片，分别是数字芯片和模拟芯片。
数字芯片，顾名思义处理的是数字信号，数字信号就是用0和1的字符串来表示高电平和低电平，这类信号在时间上是不连续的。在5G手机中，数字芯片主要包括下面这表格中的这几类。
那模拟芯片指的又是什么呢？模拟芯片处理的是模拟信号，模拟信号在自然界中无处不在，比如温度、湿度、压力、长度，还有电流、电压等等，我们通常又把模拟信号称为连续信号，模拟信号在时间上是连续的。5G手机里我们主要有什么模拟芯片？你也可以参照下面的表。
到这里，你已经了解了我们一部普通的5G手机里，会出现哪些5G芯片。在这些众多芯片中，有两类芯片是需要我们重点关注的，一个是处理器SoC芯片，另一个是射频前端芯片RFFE，因为它们是5G终端里最主要的两类芯片，也是创新最大的芯片。
处理器SoC芯片和射频前端芯片
从芯片的价格，我们就能非常直观地感受到这两类芯片的重要地位。在5G的各类芯片中，最贵的是处理器SoC芯片，单块芯片的价格约几十美金，成本排在第二位的就是射频前端芯片。根据咨询公司Yole的数据，2019年射频前端的市场总容量为150亿美元，预测到2025年会增长到250亿美元。
首先我们先来看处理器SoC芯片。
1.处理器SoC芯片
处理器SoC芯片并不是一个全新的名词。目前，芯片供应商一般都会把相当于CPU的应用处理器AP和负责信号处理的基带处理器BP整合在一起，做成一颗SoC（单芯片系统），这颗SoC芯片通常还会整合人工智能芯片以及图形处理器GPU芯片、多媒体芯片等等。
由于手机内部空间寸土寸金，我们把多颗独立的芯片整合成一颗芯片后，可以节约手机内部空间，而且SoC是把多颗独立芯片之间的互联变成一个芯片内部集成，也降低了耗电。
从开发难度上看，基带处理器BP的开发难度要大于应用处理器AP，这就是苹果为何自己研发应用处理器（A系列芯片），而从高通购买基带处理器的原因。一般手机厂家在这两者间选择自研芯片的话，都会选择优先开发应用处理器。
5G时代，处理器SoC芯片最大的创新点就在于不断升级的更强大的处理能力。
比如，5G手机支持的最高速率有几个Gbps的数据流量，而4G只有几百Mbps的最高速率，要求的5G基带处理芯片的处理能力就比4G要高多了；再比如，5G手机需要处理超高清直播、高速上传下载等比4G多得多的业务种类，也要求5G的应用处理器芯片性能要比4G强很多；另外，5G芯片在人工智能上的提升，也是重要的提升部分。
总的来说，处理器SoC芯片追求的是越来越高的处理性能、采用越来越先进的制程节点工艺，比的也是看谁最先推出更先进制程节点工艺的芯片，也就是在7纳米、5纳米，未来甚至是在3纳米方面的竞争。
我们可以再总结一句话：处理器SoC芯片要和时间赛跑，分秒必争地追求领先地位。
接着我们来看射频前端芯片RFFE。
2.射频前端芯片
射频前端芯片RFFE是手机信号发射和接收的大门，是手机最忠诚的卫士，通过射频前端我们才能保证进出手机的信号都是有用的。
射频前端芯片是手机模拟芯片中价值最大的部分，由几颗不同功能的芯片组成（这些芯片可以单独存在，也可以集成在一起以芯片组的形成出现）。而且这几个芯片在功能上离手机的天线很近，信号逐一经过这几个芯片后就直接到手机天线发射出去了，接收则反之，因此业界通常把这几个芯片放在一起叫射频前端芯片。
其中，功率放大器PA和滤波器Filter，是5G射频前端里价值最大的两个芯片。咨询公司Yole预测，到2025年射频前端中功率放大器的市场容量大约有90亿美金，是价值最大的射频前端芯片，而滤波器为88亿美金（包括独立滤波器和集成滤波器），是价值第二大的射频前端芯片。
为什么功率放大器PA的价值会这么大呢？我们知道，信号从数字转成模拟，再经过信号收发器进行发射前处理之后，会变得比较微弱。这时我们就需要用功率放大器来对要发射的信号进行处理，主要是作为手机发射方向的通路，它把要发射信号放大到有最够高的功率，从而实现终端和基站之间稳定、高质量的通信。
我们可以说，如果没有功率放大器，手机发射的信号就没法到达基站，也就没有移动通信业务。
那滤波器Filter的作用又是怎样的呢？
你应该清楚，5G手机可以同时支持4G、5G信号，但是4G和5G有着不同的频段。所以，当手机在使用某个频率进行通话的时候，就需要滤波器让某个特定频率的信号通过，把其它频率的信号抑制住，减小干扰，实现高质量的通话。
没有滤波器，手机或者基站接收到的信号会有大量的干扰和噪音，变得非常杂乱，正常的移动通信业务将没法进行。
总体上看，随着5G的发展，5G终端需要的芯片数量也在稳步提升，市场空间也在增大。整体趋势上说，射频前端是从分离的单个芯片逐步向集成化方向发展，也就是射频前端的芯片逐步整合在一起，成为集成模组芯片。
那5G的射频前端芯片RFFE最大的创新点在哪呢？
我们现在用手机，都希望它越来越轻薄、在电池技术没有大的突破前提下还要提升续航能力，发热问题也要解决。这些追求也体现在了射频前端芯片的创新上。
- 芯片数量增加一倍，处理能力要求更高，体积还要更小。
相比4G，5G支持的频段数量增加了一倍，这也意味着射频前端芯片的数量也要增加一倍；5G频段有100MHz和400MHz两种，而4G只有20MHz，越宽的频段，对射频前端芯片处理能力的要求就更高了。这样更多、更强的射频前端芯片还有尽量缩小体积，迎合手机越做越轻薄的趋势，这挑战可想而知。
- 潜在热量更大的情况下，还需要保持发热量不增加。
我们知道，5G手机最大发射功率要比4G高50%，也就是高0.23瓦，请你别小看这0.23瓦的提升，这个对射频前端中的功率放大器的性能要求极高。
就电磁波基本原理而言，频段越高，频段带宽越大，电子运动也就越活跃，发热也越厉害。同时功率放大器功率越高，产生的热量也越大，加上毫米波的超高频段，叠加在一起产生的热量就更大了。降低热量需要射频前端有更好的性能，才能避免手机变得更热，这对5G射频前端芯片提出很大的挑战。
总的来说，5G射频前端需要集成更多数量的芯片，要求更强的处理性能，在潜在热量更大的情况下还要提升性能，保持发热量不增加。这几点要在手机那么小的空间里完美地实现，对5G射频前端的要求非常高，这也就是射频前端芯片最大的创新所在了。随着未来更多毫米波频段的加入，5G手机对射频前端的要求还会越来越高，射频前端也在持续创新中。
射频前端是需要长期研究积累的特色工艺，它对制程节点没有特殊要求，一般采用45纳米或者大于45纳米的制程节点工艺就足够了。因此对于射频前端芯片来说，最重要的是要和时间做朋友，通过长期的总结沉淀才能制造出性能优越的射频前端芯片。
在刚才的讲解中，相信你也能发现，芯片的发展和创新离不开5G手机。其实，5G手机，或者说所有的5G终端，跟5G芯片都不是独立发展的，而是共生发展的关系。
5G终端和芯片相互成就
在5G终端和5G芯片的发展中，它们相互促进、彼此成就，这也是我为什么把它们放在这一节课里讲述的原因，我们需要更辩证地来看待它们之间的关系。以5G手机为例，持续喷发的对更高性能5G手机的需求，刺激着芯片行业的进一步发展。
对于5G手机来说，它们对于芯片的要求更多体现在两个方面。一方面是来自于5G带来的对超高清视频、直播等高速率业务的要求，另一方面体现在带宽和频段变化带来的对芯片的更大考验上。
比如，5G支持大带宽，所以5G手机可以传输高清的照片，进行高清直播，所以，我们就要求5G手机的前置拍摄镜头和后置拍摄镜头一样，也可以支持高像素分辨率，而这需要高性能的CMOS图像传感器芯片CIS的支持。
此外，我们前面也提到，这种超高清、直播等高速率的业务，加上5G比4G宽得多的频段，要求5G的处理器SoC芯片具备极强的处理能力。
因此，5G的处理器SoC芯片必须采用制程节点工艺为7纳米或者5纳米的芯片来提供所需的处理能力。与此形成对比的是，一部纯4G手机的处理器SoC芯片采用14纳米就足够了。
除了处理器SoC芯片外，频段的变化还对另一类型的芯片“射频前端”提出了更高的要求，这点我们在分析射频前端芯片的创新点时也强调了，主要是对射频前端需求量的增大，对性能的要求也更高了。
这些要求，都在推动着5G芯片的进一步升级。整体来说，5G终端的普及在不断提升5G芯片的性比价，从而推动整个产业走上良性发展的轨道。
另一方面，5G芯片的发展也对5G终端，尤其是对5G手机的发展起到很大的促进作用。
简单地说，5G数字芯片尤其是处理器芯片的高性能，能轻松驾驭5G终端的各种高配置，比如6摄像头，2K/4K屏幕等。同时，这样高性能的5G芯片，让5G终端的通话或通讯质量更稳定，更优越，也能更好的适应各种不同型态的终端需求。
总结
今天这节课到这里就结束了，一起来总结回顾一下吧。
这节课我们了解了5G终端的概况，还通过最重要、发展最快的5G终端——5G手机的分析，认识了我们一部5G手机里的主要芯片，你也会发现5G终端和芯片之间是相互促进和共同发展的关系。
最后，我带你分析了5G芯片创新的典型代表——处理器SoC芯片和射频前端芯片，还分析了处理器SoC芯和射频前端芯片的关键创新之处。处理器SoC芯片为追求更高的性能，需要与时间赛跑；而射频前端芯片则需要长期的沉淀积累特色工艺，和时间做朋友。我希望通过这节课，你可以对5G终端以及5G芯片的创新发展情况有更进一步的认识。
思考题
今天，我给你留了个思考题，有两类芯片供应商准确地掌握着手机的出货量，你知道是哪两类吗？
欢迎在留言区留言，和我一起讨论。也感谢你和我一起学习，如果你身边也有朋友对5G终端和芯片相关的知识感兴趣，欢迎你把这节课分享给他。我是杨四昌，我们下节课见。