為解決5G部署難的問題,高通推出了全新X60芯片
雖然移動通信與手機產業的盛事,MWC最後因為疫情而取消了,但作為通信業龍頭之一的高通(Qualcomm)仍然按照預定計劃,推出了新一代5G調製解調器及射頻系統(俗稱基帶芯片):X60 。
X60芯片是高通的第三代5G芯片,也是全球第一塊5納米製程的5G芯片,並加入了全新的載波聚合技術,相比起上一代X55,帶來更快的速度、以及更好的功耗控制。此外,X60採用的全新載波聚合技術,能靈活支持5G與4G的複雜又混亂的大量頻譜,希望藉此能推動全球佈署5G部絡。
為什麼要推動 5G進程部署?
科技界部署5G(第5代流動通信技術)都有4-5年了,儘管去年陸續有5G 手機出現,但仍然遠遠叫不上普及。為什麼5G看起來這麼近,但實際又那麼遠?
究其原因,是因為部署5G,遠比部署4G要難。而部署的難點之一,是5G頻段十分混亂。
以往4G使用的是低頻的長波(約 1.7-2.2GHz),為了進一步提升帶寬,5G採用了更高頻率的頻段,但高頻也會帶來另一個副作用,就是發射距離更短。為了保證信號能有足夠的覆蓋,所以網絡運營商部署5G時,需要部署比4G時代更多的基站,所以成本也遠比4G要高。
毫米波、Sub-6與4GLTE的波段覆蓋示意圖。圖片來源:高通。
因為高頻譜5G 基站部署成本極高,所以最初制定5G技術時,採用了各種權宜方案:5G的高頻率頻段,除了有帶寬大、幅蓋範圍小的高速超高頻(約3GHz-40GHz)毫米波(mmWave) ,更設有顏率略低一的6GHz以下頻譜:Sub-6特高頻頻譜(約0.3GHz-6GHz)。
Sub-6頻率的帶寬雖然較窄,但頻率與4G的頻譜比較接近,所以幅蓋範圍則比較廣(上圖),可以減少基站的數量,降低運營商的部署成本。而由於歷史的原因,Sub-6譜段裡,還要再分為FDD和TDD兩種制式。因此,目前5G網絡在毫米波、Sub-6、FDD、TDD等種組合之下,產生了超過10,000種的頻段組合,而些頻段組合之間難以互相覆蓋,手機傳輸信息時,數據往往只能同一組合頻段裡堵著,因而使我們無法用盡頻寬。
如果大家還太不明白,也不要緊。全球的移動通信網絡信號,都在大氣裡的不同的無線電頻段上傳輸。想像一下每一個頻段,就是一條高速公路,但這些高速公路使用各種制式技術,互不兼容。
所以如果你這個數據包用了Sub-6FDD的頻段1傳輸,所有信息都要擠在這條路上傳送(上圖),即使旁邊的個頻段也是空置的,你也只能眼巴巴的看著數據堵在同一個頻段裡。當這條“公路”上的手機愈多、數據愈大,傳送速到也會愈慢。這樣,不但白白浪費大氣裡的無線電資源,也使運營商難以部署。
“載波聚合”技術是什麼?
但X60採用了“載波聚合”技術後,當手機傳輸數據時,X60可以靈活地通過多個頻段傳輸數據,情況就好像公路擴闊了,堵著的車子都可以從不同的行車線上運送文件(上圖)。“載波聚合”可以在有限的基站下,使5G傳輸速度變快,網絡的吞吐量也會增加,能同時讓更多的設備、通過5G網絡轉送更多的信息,也能通過不同覆蓋範圍的頻段,來增加5G的覆蓋能力。
舉例說,如果運營商支持4G頻譜的動態頻譜共享(DynamicSpectrumSharing,DSS),使用X60手機就直接利用閒置的4G頻段,傳輸5G信號,因此,運營商可以在原有4G頻段上,直接鋪上5G的TDD頻段,讓運營商部署更方便、成本也更低。
圖片來源:高通。
不過,儘管根據高通指在載波聚合下,X60的峰值速率將會是X55的一倍,但按官方目前所公佈的數據裡, X60的最高下行速度為7.5Gbps,與上一代X55相同,也和競品華為巴龍5000一樣。
全球第一塊5nm製程5G芯片
此外,高通新一代X60芯片的另一個重要特點,是高通首度推出5納米製程的5G芯片。
芯片需要以納米級別的極細微工藝,愈小的製程工藝,能把芯片的體積進一步縮小,節省手機機體裡珍貴的空間。此外,愈小的製程也能帶來愈佳的能效,讓手機上網的速度更快、也能更為省電。5納米製程,是目前芯片生產的最新、最尖端製程,目前只有台積電(TSMC)、三星 (Samsung)等少數晶圓廠能生產。
去年,台積電的7納米產能已經十分緊張,而5納米也不容樂觀,據消息指,台積電的5納米製程,早已被蘋果承包起來,甚至把華為的訂單都擠掉了。目前高通宣布X60進入5納米製程時代,雖然他們沒有透露代工廠是誰,但也使媒體消息指三星已搶得高通的5納米訂單的機會大增。另一方面,高通的競爭對手華為和聯發科等,在未來是否趕及在上半年推出5納米製程的芯片,仍然不得而知。
雖然它採用了5納米的製程,所以佔板面積更小,但未來高通新款的驍龍875芯片,是否會繼續沿用現在的“外掛”設計(手機芯片+5G芯片組合),還是順著5納米帶來的製程優勢,直接把X60的功能集成在手機芯片裡。
近十年來,由於半導體製程愈來愈小,很多芯片公司都選擇盡量把不同的芯片功能,集成在手機的系統芯片(SoC)上,減少芯片的體積,降低芯片的功耗、並進一步降低成本。但近兩年高通推出的驍龍手機芯片組合,均改用系統芯片+5G芯片組合的外掛設計,惹來巨大爭議。虎嗅作者李賡早前參與高通的活動,也撰文解釋了高通的用意所在,但坊間對外掛設計的質疑,仍然持續不休。
高通官方未有透露未來的驍龍875芯片,是否也會外掛X60,但他們表示驍龍865+X55是作為組合一起設計和優化。而X60是高通的新一代的調製解調器及射頻系統,目前並沒有打算與865組合使用,因此,估計未來推出的驍龍875,很有可能也是通過外掛方式,與X60組合使用。至於這種外掛方式,在未來如何與集成5G基帶的聯發科天璣1000競爭,就留日後分解。
2021年開始出貨
除此之外,X60也加入了不少新的技術。當中包括有Voice-over-NR(VoNR)技術,以及全新的ultraSAW濾波器。此外值得注意的,還有全新的毫米波天線模組 QTM35。
QTM535與前一代QTM525相比,號稱性能更強,也能能夠支持所有全球更大範圍的毫米波部署。它同樣集成了毫米波射頻鏈路上的所有元件,只需要2-4個這樣的模組,就能造出一部支持毫米波的手機。但它比起前一代的體積更少,以及便於搭配全面屏、可折疊等新的手機設計。有趣的是,當X60芯片不會與驍龍865手機芯片組合使用,但反而可以和上一代QTM525天線組合使用。
目前高通計劃在2020年第一季度為X60進行出樣,預計搭載X60的手機將在2021年年初出貨。對,今年的手機,還是用不上,你的想要的iPhone 12,最多也只是搭配上一代的X55。