我說一部5G智能手機需要有這樣的芯片，你看靠譜不

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盡管眼下手機業(yè)出現(xiàn)了增長放緩的情形，但該市場仍有可能會被無線領(lǐng)域的下一個大事件帶熱，那就是第五代移動網(wǎng)絡(luò)或5G。

事實上，各大運營商、芯片制造商和電信設(shè)備供應(yīng)商現(xiàn)在都一股腦地投入到了5G大賽中來，5G是目前被稱為4G或長期演進（LTE）無線標準的下一代繼任者。英特爾、三星和高通是這個5G大賽中的主要選手。

一些組織正在加緊制定5G標準，同時，不少公司已經(jīng)開始了初步的試驗和示范工程。為了能夠滿足人們對更多帶寬無止境的渴求。5G將能提供超過10Gbs的數(shù)據(jù)傳輸速率，其網(wǎng)絡(luò)吞吐能力將達到現(xiàn)有LTE標準的100倍。相較于4G，5G能提供1000倍的網(wǎng)絡(luò)容量，延遲則降為4G的十分之一。

與此同時，和5G相關(guān)的問題也開始浮出水面。5G實際推出的時間預(yù)計為2020年，但可能需要更長的時間進行部署。互操作性等技術(shù)問題可能會相繼出現(xiàn)，而且，要在全球范圍內(nèi)部署5G網(wǎng)絡(luò)需要數(shù)十億美金的巨額投資。

實際上，過渡到5G之前有個階段，就是被稱為LTE-Advanced(LTE-A)的速度更快的LTE新版本。一家研究公司的總裁認為：“雖然2020年是5G開始推出的最佳時間，但是我認為，2020年只是5G第一次進行試驗運行的時間，而不是部署日期。從現(xiàn)在起到2020年之間，LTE-A和載波聚合技術(shù)能實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足不斷增長的市場需求。到2020年時，Cat 10 LTE-A將很可能成為優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的全球標準。屆時，我們可能不需要5G，諾基亞認為2030年才會用到5G，這個觀點可能更加現(xiàn)實?！?/p>

但是，如果5G確實按時或者僅僅稍微延遲一點時間就成功推向市場了，那么，業(yè)界需要在芯片和系統(tǒng)上都有相應(yīng)的新的突破。在6GHz和更高的頻率上工作，未來的5G智能手機將會需要一個更低功耗、運行更快的芯片。

“人們對5G的期許相當高，”IMEC邏輯器件研發(fā)項目的工藝技術(shù)副總裁Aaron Thean說?！?G需要把能耗降低10倍，峰值數(shù)據(jù)速率提升100倍，而且要顯著降低射頻鏈路的延遲。”

那么，未來的5G智能手機會是什么樣子呢？它們需要什么樣的芯片呢？預(yù)測未來一向是個高難度動作，但我們還是請一些專家列出了假設(shè)中的5G智能手機的需求列表，包括應(yīng)用處理器、存儲器和射頻前端。

5G手機內(nèi)部的元器件

為了支持5G網(wǎng)絡(luò)，半導(dǎo)體行業(yè)需要推出全新等級的芯片。5G智能手機需要處理的數(shù)據(jù)量非常驚人，所以，5G電話的數(shù)字部分需要性能更強勁的芯片，包括應(yīng)用處理器和基帶芯片。

“現(xiàn)在已經(jīng)有內(nèi)部集成了10個處理器內(nèi)核的應(yīng)用處理器，在達到收益遞減點之前我們會增加更多的內(nèi)核?！盕orward Concept的Strauss說。“2020年時，10納米制程的應(yīng)用處理器是可期的，但是模擬前端則不會那么快縮減到這么小的工藝尺寸?！?/p>

根據(jù)Strauss的觀點，調(diào)制解調(diào)器是最大的問題?！澳芨阅鼙淼膽?yīng)用處理器配合工作的5G調(diào)制解調(diào)器是一個非常棘手的問題?！?/p>

對5G手機，OEM廠商可能會采用基于FinFET工藝的應(yīng)用處理器和其他數(shù)字芯片?！拔艺J為進行5G的數(shù)據(jù)處理時，F(xiàn)inFET是可以信賴的，”IMEC的Thean說?！拔覀円部吹剑捎诖嬖诩纳?yīng)，當前的FinFET可能無法完全滿足RF應(yīng)用各個方面的要求，但是在7nm版本中，改進了間隔物和源極/漏極的結(jié)構(gòu)，解決了這一點，正好它們與5G的部署時間表步調(diào)一致。”

還有一些其他的問題?！霸谙到y(tǒng)層面，我認為技術(shù)之間的異構(gòu)混合仍然是性能、功能和成本需要進行優(yōu)化和平衡的源頭?！盩hean補充道。

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存儲器

移動設(shè)備OEM廠商們目前正在使用的存儲器是基于LPDDR3和LPDDR4的移動DRAM，它們是PC DRAM的低功耗版本，專用于移動設(shè)備。

一些人希望能夠擴展平面型移動DRAM，而且正在開發(fā)一個漸進的項目，即LPDDR5，它會在2017年或2018年準備就緒。

“我們認為，在2020年之前的大多數(shù)智能手機使用的仍然是LPDDR4技術(shù)，”美光的高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理Ken Steck表示?！癓PDDR5和其他高級存儲技術(shù)最有可能在高端智能手機中得到應(yīng)用，但應(yīng)該不會普及，2020年時手機的存儲密度預(yù)計將為當今的2倍。”

OEM廠商也可以轉(zhuǎn)向一種被稱為Wide I/O-2的3D DRAM技術(shù)，另一個可能的下一代存儲器類型是磁阻RAM和ReRAM。

射頻前端

射頻（RF）技術(shù)是無線基礎(chǔ)設(shè)施的另一個關(guān)鍵部分。今天的4G網(wǎng)絡(luò)運行在700MHz到3.5GHz之間。相比之下，5G網(wǎng)絡(luò)需要運行在非授權(quán)頻段或毫米波頻段，將提供超過4G網(wǎng)絡(luò)十倍的帶寬。5G可能運行在6GHz到60GHz之間，甚至更高的頻段。

在今天的4G手機中，RF前端必須支持超過40個頻段、三載波聚合帶和一個8 x 8的MIMO。像比較而言，根據(jù)RF芯片制造商Skyworks Solutions的說法，5G智能手機中的射頻前端需要支持五載波聚合帶、50個頻段和一個龐大的64 x 8的MIMO。

智能手機的射頻前端需要作出改變，才能順利過渡到5G網(wǎng)絡(luò)。典型的射頻前端包括三個主要組件：功率放大器、天線開關(guān)和濾波器?，F(xiàn)在的射頻前端都在轉(zhuǎn)用多模多基帶的功率放大器，通常而言，功率放大器基于砷化鎵（GaAs）異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）技術(shù)，放大手機中的射頻信號。

砷化鎵技術(shù)還有發(fā)展的潛能，但是由于我們要運行在更高的頻率上所以我們可能需要轉(zhuǎn)向不同的材料商，比如磷化銦。

另一個關(guān)鍵組成部分是射頻開關(guān)，它通?；赗F-SOI技術(shù)，目前該技術(shù)已經(jīng)成熟，越來越多的制造商可以生產(chǎn)它，但是在我們需要一個更高的頻率時，我們需要一個大的跳躍，如果RF-SOI的發(fā)展后繼乏力了，業(yè)界可能會在射頻開關(guān)應(yīng)用中選擇MEMS技術(shù)。

MEMS技術(shù)已經(jīng)被證明可以在各種半導(dǎo)體技術(shù)中實現(xiàn)最低的插入損耗，并實現(xiàn)最高的線性度，但是RF-MEMS也面臨一些挑戰(zhàn)，尤其是成本，在RF-MEMS技術(shù)達到成熟之前，在可以預(yù)見的未來，RF-SOI仍將是未來無線網(wǎng)絡(luò)的主要選項。

然而，射頻開關(guān)或其它組件可能不是5G的最大挑戰(zhàn)，5G網(wǎng)絡(luò)面臨的最大挑戰(zhàn)是互操作性，用戶必須能夠無縫且有效地在多個高速無線標準之間切換，而不會影響服務(wù)質(zhì)量。

總而言之，要想真正實現(xiàn)5G，業(yè)界需要付出巨大的努力，5G網(wǎng)絡(luò)需要整個半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)更加緊密的合作。

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