现在为什么只要华为麒麟9905G一款真实的双模5G旗舰SoC

随着基于三星Exynos 980、高通骁龙765G等芯片的智能手机陆续发布，各家终端芯片厂商在5G方面的表现也逐渐清楚了。如果对各家产品比较了解的话，那么大家肯定会惊讶地发现：到目前为止，只有麒麟990 5G一款芯片算得上真正的双模5G旗舰SoC，而竞争对手实际开售的产品要么定位中端，要么就是独立基带，为何会出现这样的一种情况呢？

双模5G全面铺开

要解答这样的一个问题，首先要弄清楚为什么必须做双模5G。智能手机需要接入移动网络才能使用，那么芯片的制式就必须配合运营商网络。2019年10月31日，国内三大运营商同时宣布5G商用。在2019年末、2020年初这个时间点，我们终于看到了中国5G网络全面铺开的趋势，同时也对接下来5G网络终端应该具备的素质有了一个全面的了解。

虽然国内5G网络建设是以非独立组网（NSA）的方式起步，但是三大运营商均将独立组网（SA）作为了5G网络建设的主要模式，即便是初期以非独立组网模式建设的5G网络，也会逐步过渡到独立组网。非独立组网只能承载增强型移动宽带（eMBB）类应用，低时延高可靠（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）类应用必须要拥有5G核心网的独立组网模式才能实现。

在这种情况下，2020年运营商将会全面推进5G独立组网，智能手机支持NSA/SA双模5G成为必需。如果说2019年初期试水的智能手机还可以用NSA单模5G（最典型的就是大量基于高通X50外挂基带的单模5G手机）抢个鲜，那么随着2020年的到来，这条路已经行不通了。

看看各大终端芯片厂商的最新产品吧。华为在2019年9月率先推出了支持NSA/SA双模5G和TDD/FDD全频段的麒麟990 5G旗舰SoC，这是业界首个全网通5G SoC，5G NR下行峰值速率达2.3Gbps，上行峰值速率达1.25Gbps，同时还支持5G双卡。

随后三星推出了Exynos 990和Exynos 980，可惜作为旗舰的Exynos 990需要外挂Exynos Modem 5123芯片才能支持双模5G，而原生支持双模5G的整合SoC Exynos 980采用的是2大核+6小核的配置，属于标准的中端芯片。

联发科在5G双模上的动作倒是不慢，先是推出了主流定位的M70，之后在2019年11月底又发布了旗舰级别的天玑1000。联发科算是到目前为止唯一发布两款双模5G SoC的厂商，可惜市面上还没有一款基于其5G芯片的智能手机发布，估计最快也要等到2020年第一季度才会大量铺货了。

其实相对来说最让人失望的是反而是高通，曾经移动终端芯片领域的霸主，在5G技术上的反应相当缓慢。先是用骁龙X50单模基带制造了一批“小白鼠”，之后一直拖到了2019年12月初，才正式发布了自己的双模5G产品，其中旗舰芯片高通骁龙865需要搭配外挂骁龙X55基带使用，采用整合芯片设计的只有高通骁龙765/765G这样的中端芯片。目前基于高通方案打造的双模5G智能手机只有采用高通骁龙765G中端芯片的红米K30一款产品，并且实际开售时间要等到2020年1月份去了。

不仅是时间进度的问题，在通信性能方面，目前麒麟990 5G也领先于其他芯片方案。2019年11月15日，中国移动发布了《中国移动2019智能硬件质量报告（第二期）》。其中的5G芯片评测结果显示，麒麟990 5G在5G多天线吞吐量性能、典型场景功耗性能、芯片弱覆盖性能测试中，均斩获最优星级评价，位列第一。

有人可能会觉得奇怪：麒麟990 5G的峰值下载速率“只有”2.3Gbps，而高通骁龙X55基带的峰值速率高达7.5Gbps，即便是X50基带的峰值速率也有5Gbps，为什么运营商对麒麟990 5G的评价反而更高呢？其实即便不考虑功耗、稳定性、性能等因素，仅就峰值速率这一个指标，高通骁龙X55的所谓峰值速率实际上也并没什么实质意义，因为该速度是基于毫米波和800MHz频宽实现的，而非绝大多数5G运营商所采用的Sub-6GHz频率。这也就从另一方面代表着，其标称的7.5Gbps的峰值速率，国内用户短期内是用不上的。

其实，每次谈到5G网络，总是绕不开Sub-6GHz和mmWave毫米波的话题。之前高通在技术大会上就特别强调了毫米波，这也成为很多人认为麒麟990 5G不完善的一个原因。其实在零镜网看来，对于毫米波的问题，麒麟990 5G并非不能支持，只是不想支持而已。华为早在2013年就展示过毫米波峰值速率高达115Gbps的技术，你觉得连毫米波基站都没问题的华为，会造不出支持毫米波的终端芯片吗？但是为啥不支持呢？因为除了美国因为军方大量占用Sub-6GHz频段使得运营商不得不建设毫米波5G网络之外，只要是思维正常的运营商，目前都不会将毫米波作为大范围覆盖的5G网络解决方案。毫米波技术确实在低延迟、大带宽方面有优势，但是极差的穿透性、非常小的覆盖范围以及较高的功耗决定了，它只能用于固定点覆盖的工业互联网领域，智能手机使用的可能性极低。

毫米波的波长通常只有1至10毫米，因此不仅覆盖距离短，而且传输过程中信号衰耗大，非常容易受障碍物阻挡，所谓的障碍物甚至包括雨滴和大的颗粒物。此前在高通的 5G展示中，只需要用手挡在信号发射器与手机模型之间，就能够让毫米波的传输速率直线下降。而与现行4G网络相差不大的Sub-6GHz频段，相对来说覆盖范围更广，穿透能力也更强。这也就从另一方面代表着，要覆盖同样面积的区域，采用Sub-6GHz频段所需要的基站数量将会远小于毫米波频段。

整合才是王道

关于5G SoC的另一个讨论热点是“整合”，也就是基带是否应该被整合在一起。在过去“整合优于外挂”的观点是主流，记得当年麒麟950因为技术专利的问题不得不搭配外挂CDMA基带，曾经被各路专家批得体无完肤，直到麒麟960出来才算处理问题。但是到了4年后的今天，市面上突然又出现了一波“外挂能够保证性能发挥”的评论。对于这样的一种情况，零镜网只能说：奇葩年年有，今年特别多！

“外挂”党们拿出来的例子是PC上的显卡，独立显卡的性能均优于集成显卡，所以“外挂能够保证性能发挥”。这种类比明显混淆了概念，因为PC和手机完全是两种不同的产品形态，PC首先要保证性能，功耗和发热并非最核心的指标，显卡TDP功耗超过100W的比比皆是。但是手机不同，因为内部空间更紧凑、散热难度更大、续航要求更高，所以功耗和发热是智能手机的生命线。“整合”可以缩小芯片面积、控制管理系统功耗，同工艺、同代次下“整合优于外挂”几乎就是绝对的真理。

至于为什么忽然又有人提倡外挂独立基带，原因很简单：目前高通和三星推出的新一代旗舰芯片骁龙865和Exynos 990都需要搭配独立基带使用，没能实现全面整合。而骁龙865恰恰是除了华为系之外，几乎所有智能手机厂商旗舰机型的必然也是唯一选择。相信在联发科天玑1000芯片全面发售之前，这样的一种情况几乎不可能改变。那么在这样的一种情况下，如果不洗白一下外挂基带，后面发布旗舰机型的时候又该怎么操作呢？2019年10月底的时候，OPPO副总裁沈义人甚至因为推荐整合基带SoC和NSA/SA双模而不得不清空自己的微博，可见“外挂”与“整合”的讨论并不是技术问题，而是商业问题。

那么，为什么高通、三星不采用整合SoC设计来做旗舰芯片呢？在目前的工艺阶段，零镜网认为，不是他们实现不了，而是成本太高、难度太大，不具备量产价值。每一颗芯片都是一个功耗受限的容器，只有把握好Modem和AP性能功耗的平衡，控制好所有模块的功耗上限，才能实现全面整合。5G芯片集成度更高，对工艺的要求也更高，考验的是芯片厂商全方位的实力。

以麒麟990 5G为例，为了实现全面整合，首先它采用了业界最先进的工艺制程，这是需要向台积电支付大量成本的；其次它没有在5G基带中加入对毫米波的支持，这在某种程度上预示着在基带部分的晶体管规模和设计复杂度得到降低。最终打造出的麒麟990 5G SoC依然拥有103亿个晶体管，是目前晶体管数最多、功能最完整、复杂度最高的5G SoC。当然，整合的好处也显而易见：板级面积相比业界其他分离5G方案小36%，功耗降低20%。

假如没有能力全部做好，又不想在5G SoC上掉队，那么就只能在Modem或者AP上做取舍。因为目前双模5G慢慢的变成了刚需，高通、三星等厂商又需要为了保住美国市场而强行支持毫米波技术，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，而在旗舰芯片上采用外挂独立基带的方式。高通骁龙765G/765和三星Exynos 980，就是这种做法的产物。

先进工艺是实现的基础

既然能够最终靠提升工艺来控制总体功耗，从而实现全整合，那么有些厂商为啥不直接采用最先进的制程工艺来生产呢？很简单，在半导体制造领域，每一次制造工艺的升级对应的都是海量的真金白银。以制造半导体芯片必须的光刻机为例，荷兰AMSL一台7nm+EUV工艺光刻机的售价高达1.2亿欧元，不还价还得提前订购、排队购买。

作为全球领先的半导体代工企业，台积电为了升级5nm制程，已经计划砸下高达250亿美元的资金。这些资金，都是需要从每一颗芯片的代工成本中摊销的。如今在半导体代工领域，台积电是公认技术最强的，占据了52.7%的市场占有率（2019年Q4预测），而排名第二的三星只占有17.8%的市场占有率，已经不在同一个层面了，这背后正是台积电每年高达百亿美元的投资。

不只是制造成本，为了充分的发挥出新制程工艺的价值，芯片厂商还需要从设计阶段就投入资金进行技术储备，这是一个漫长而昂贵的过程。麒麟990 5G之所以能够抢先应用7nm+EUV工艺，是因为华为从2014年就开始进行EUV技术的储备，联合合作伙伴共同研发并推动EUV技术成熟。为了实现7nm+EUV工艺的稳定量产，麒麟990 5G在研发和试制过程也花费了大量的成本。

其实在移动芯片领域，麒麟一直都是先进半导体工艺的引领者。大家回顾一下可以知道，麒麟950是业界首个采用16nm FinFET工艺的，麒麟970是首个商用10nm工艺的，去年的麒麟980是首个商用7nm工艺的，麒麟990 5G又是首个商用7nm+EUV工艺的。而最新的新闻显示，华为和苹果又将是台积电5nm、3nm工艺的第一批使用者。

先进工艺能够带来性能和能效的提升，这个道理是显而易见的。但是为什么有些芯片厂商不愿意采用最新的工艺呢？归根到底还是一个“钱”字。高通产品管理高级副总裁Keith Kressin在接受媒体采访时曾表示：“在为每一款芯片选择代工厂时，高通都会综合考虑多种因素，包括功耗、封装尺寸等技术参数的考量，也包括商业上的考虑，比如说晶圆可用性、投产速度、供应链多样性等。”在零镜网看来，其中更多的应该还是商业（成本）上的考虑吧。相比起来，还是联发科比较实在，直接说7nm制程光罩成本太高，抬高了芯片成品的价格。如果看透了这些，相信我们大家就能理解联发科天玑1000仍采用老版本7nm工艺、高通骁龙765G/765采用三星8nm工艺的举动了。

零镜观点：芯片竞争 不进则退

其实，过去8年的绝大多数时间里，高通都是手机SoC领域的霸主，哪怕偶尔有时候落后也是因为产品发布时机的问题。但是在此次5G换代的过程中，华为却实现了一次真正意义上的领先。如果不考虑美国制裁的因素，我们相信这种领先的程度会更加明显。

为何会出现这样的一种情况？看过前文分析的朋友应该已经有了大致的结论。科技行业永远都是一个资本密集型产业，需要不断地高额研发投入来维持技术进步。华为在5G研发上投入了巨资，早在2013年华为就宣布投入6亿美元，用于5G标准与技术的研究。在5G产品研发上，仅2017年华为就投入了40多亿人民币，用于5G端到端解决方案的研发。

2018年华为的收入为7212亿人民币，利润为593亿人民币，而研发投入高达1015亿元，占销售收入的14.1%，是当年净利润的接近两倍。华为在2018拥有的研发员工超过8万名，约占总员工人数的45%。在过去的十年里，华为在研发方面的总投入超过4850亿人民币，已经超过了高通成立（1985年）至今的总研发投入。根据联合国附属世界知识产权组织公布的数据，2018年，华为向该组织提交了5405份专利申请，在世界所有企业中排名第一。截至2018年12月31日，华为在全球累计获得授权专利87805件。

德国专利数据公司IPlytics 2019年6月给出的报告数据显示，已声明的5G标准必要专利SEP最新排名中，华为声明的5G SEP专利数高达2160个，排名第一；第二名是诺基亚，其5G SEP专利为1516个，第三名则是中兴，其5G SEP专利有1424个；第四、第五分别是LG和三星，各有1359、1353个5G SEP专利。

每一款芯片的规划和研发都是滚动进行的，最终上市的产品可能需要提前两三年规划布局，每个阶段都需要大量的资金投入。在芯片行业，玩不得虚假，没有捷径可走。华为从2009年起开始布局5G，经过多年努力已经具备了从5G核心网到基站再到5G芯片、5G手机、5G CPE和5G Modem的全套NSA/SA端到端解决方案。

所以，为什么麒麟990 5G会成为目前唯一一款全整合的双模5G旗舰SoC？

因为，一切水到渠成！这是真金白银砸出来的，也是每一位华为员工拼出来的。