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高通憑什么成為基帶芯片之王?

2022-07-15
來源:半導體產業縱橫

隨著蘋果的蜂窩基帶芯片不能如期出貨的消息傳出,基帶芯片再次成為大眾關注的熱點。如果蘋果基帶芯片順利研發,那么未來iPhone有希望將自研的基帶芯片整合到蘋果自研的處理器芯片上;不過預計今年更新的iPhone 14將接著使用高通的基帶芯片。外界預測,受此影響iPhone 14可能將繼續使用iPhone 13系列搭載的A15處理器,可能只有Pro機型才會使用新款A16處理器。

基帶芯片對于蘋果來說像是一塊白墻上的泥點。一直以來追求完美的iPhone讓人詬病最多的問題之一就是信號差。而影響手機網速、通話質量的通信基帶,自然成為蘋果公司最希望優化的部分。

雖然蘋果在芯片自主研發領域的實力不弱,蘋果成功地研發出了用于電腦的ARM架構處理器,并且在性能上進入第一梯隊,但蘋果始終使用著別家的基帶芯片。英特爾和高通都曾是蘋果的基帶芯片供應商,但隨著英特爾退出基帶芯片市場,蘋果的基帶芯片就完全依靠于高通了。

對于蘋果來說,只要關鍵芯片使用其他公司的產品,或許就沒辦法實現最為極致的性價比,于是蘋果踏上了自研5G基帶芯片的道路。此消息一出,高通也表示2023年iPhone僅有20%的5G基帶芯片會來自高通。然而,隨著蘋果5G基帶芯片沒有如期研發成功的消息一出,高通或許還會為蘋果供應更多的5G基帶芯片。

研發能力強如蘋果為何也搞不定5G基帶芯片?高通為何能夠一直把握5G基帶芯片市場?而隨著物聯網市場的發展,基帶芯片仍有無限潛力,中國作為全世界主要的物聯網市場,中國基帶芯片廠商在本土市場發展的怎么樣?

基帶芯片難在哪?

目前的基帶有兩種形式,第一種如高通的驍龍888將5G基帶芯片集成于SoC,驍龍888提供完全集成式的?5G 基帶,而不再像以往內部包含單獨的基帶芯片;另外一種則是外掛式,如蘋果iPhone系列A14芯片外掛高通的驍龍5G基帶。

雖然iPhone 13系列的A15不再外掛高通的基帶芯片,但終歸需要集成其他公司的基帶芯片。使用別人的基帶芯片就意味著整個處理器的自主性沒有達到100%,此前蘋果曾經因為與高通的專利糾紛不得不停止銷售一部分iPhone機型,因此為了避免重蹈此類覆轍,蘋果一直在減少對供應商的依賴。為了研發基帶芯片,蘋果還從英特爾挖走了2000多名基帶工程師,致力于開發自研的基帶芯片。

一份來自FossPatents的報告指出,蘋果自研5G基帶芯片失敗不是因為技術問題,而是因為無法繞開高通的專利。如果依舊要使用高通的專利,那么對于蘋果來說自研基帶芯片的意義就大打折扣。

幾乎所有后入局自研基帶芯片的參與者的入局都離不開收購專利,但對于蘋果來說購買專利會與蘋果自研基帶芯片的初衷相悖。

聯發科支持中國移動3G網絡就是通過收購ADI(亞德諾半導體)TD-SCDMA基帶業務;而聯發科支持中國聯通的3G網絡則是通過與高通達成WCDMA專利達成協議。而華為在3G時代也是通過使用高通的專利實現的。

對于蘋果來說,自研基帶芯片的終極目的是要讓提高蘋果內部芯片的集成度。完整的芯片體系有助于蘋果降低芯片的成本,從而獲得更多的利潤。只要仍需要依靠高通的專利,那么對高通的依賴就依舊存在。這部分專利費讓成本隨之上漲,這意味著使用自研的基帶芯片反而讓成本增加了。出于這種考量蘋果不得不暫時擱置自研基帶芯片的進度。

高通在5G基帶上有多強?

那么成功“狙擊”蘋果的高通在基帶技術上有多強呢?可以說,地球上幾乎每部手機都在使用高通的技術。

根據美國商業專利數據庫發布的報告,高通在2021年美國企業申請的專利數量排名第十位。雖然對于半導體企業來說,專利多并不是什么稀罕事。但是高通的專利不僅僅是用來防止其他公司“抄襲”的;更重要的是用來產生利潤的。僅2022年第一季度,高通專利費的收入就達到了17.5億美元,占總營收的15.7%。

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根據上圖的數據不難發現,如果高通的收入加上專利費,那么高通與第二英偉達之間的差距會更大。

高通官方數據表明目前有467家企業在使用高通的專利。除了蘋果,還包括華為、中興、摩托羅拉的產品均在使用高通的專利技術。而具體到5G領域,高通擁有超過150項專利,因為高通的發明起步早、基礎性強且覆蓋廣泛的地理范圍,這意味著高通的專利積累領先于行業數年。

那么高通是怎樣成為“專利大王”的呢?

高通成為通信行業的領導者離不開一個關鍵技術CDMA,這一技術讓高通不僅在為 3G 提供基礎的知識產權方面處于領先地位。

CDMA,Code-division multiple access碼分多址。這一技術的開端可以追溯到 1940 年代。好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和作曲家 George Antheil 受到音符排列方式的啟發,推測可以使用多個頻率來發送單個無線電傳輸。“跳頻”可以防止無線電信號被干擾。他們為這個想法申請了專利,并把它交給了美國政府在二戰中使用。

四十年后,高通看到了 CDMA 在新興蜂窩領域的潛力。在當時通訊行業的主流技術是時分多址(TDMA)時,高通的創始人 Irwin Jacobs 聲稱CDMA可以讓所有人都能使用得起無線連接。

TDMA 通過利用語音中的自然停頓在單個無線電波上發送多個傳輸。在 CDMA 中,每個呼叫都分配了一個代碼,該代碼在寬頻譜上加擾并在接收端重建。多個用戶可以同時說話,從而允許在相同數量的頻譜上進行更多對話。

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當時行業已在 TDMA上投入了數百萬美元,并且不愿改變方向。一些人認為,CDMA 部署起來過于復雜和昂貴,因此并不看好這一技術。

為了發展CDMA技術,高通專注于創新基礎設施、空中接口、芯片組和手機,高通花費數年時間進行現場試驗、路測和行業演示,以證明 CDMA 可以突破各種限制工作。終于1993 年,CDMA 被接受為行業標準。1995 年,CDMA為全行業向 2G 的遷移進行了商業推廣,最終成為全球所有 3G 網絡的基礎,并幫助定義了最新的 4G 和 5G 技術。

隨著互聯網變得更加突出,CDMA 成為應對移動寬帶新需求的最佳技術。徹底改變了移動計算,影響了其他不斷發展的技術。而高通以自身擁有的CDMA基礎專利為工具,設計了龐大而關系錯綜復雜的專利壁壘,而GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA網絡大量使用了CDMA的技術原理以及專利,很難繞開。

這就是高通一直在基帶芯片領域保持領先的重要原因。

國內基帶芯片能否扛起大旗?

那么我國的基帶芯片的研發情況怎么樣呢?

在華為被制裁之前,華為在基帶芯片領域有了相當的積累。2019年華為發布了巴龍5000,是當時首款正式商用的多模5G芯片。據海思內部人士透露巴龍5000是在2015年啟動技術研發的,在5G網絡商用之前就已經開始研發,并且隨著5G的標準更新迭代芯片設計。

隨后海思的基帶芯片迅速增長,僅用了一年時間獲得了全球蜂窩基帶處理器18%的市占率。

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2014 年至 2021 年全球蜂窩基帶處理器收入份額(按供應商)

在華為推出巴龍5000的同年,另一家中國半導體公司也推出了5G基帶芯片,這家公司就是紫光展銳。2019年紫光展發布了12nm的5G基帶芯片春藤519。在華為受制裁后,紫光展銳接過了國產基帶芯片的接力棒。依靠著本土優勢,紫光展銳首先在國內Cat 1和5G市場崛起。

根據Counterpoint最新數據,2022年Q1全球蜂窩物聯網模塊芯片組,高通、紫光展銳和翱捷科技占據了 2022 年第一季度全球蜂窩物聯網模塊芯片組市場的前三名,市場份額分別為42%、25%和7%。但值得注意的是,以紫光展銳為代表的國產基帶芯片廠家目前都是在物聯網蜂窩基帶芯片領域發展,在智能手機基帶芯片領域仍在追趕。

結語

芯片研發是一件漫長且艱難的工作。隨著各大半導體公司都在發展自己的研發實力,想要做出頂尖的芯片注定不是一蹴而就的任務。特別是對于追趕中的公司,除了尋找技術上的突破,還要繞過前人走的路,這相當于在為自己增加難度,這也是在基帶芯片領域高通能始終保持領先地位的重要原因之一。

在短期內追趕高通的地位,或許并不可能。但是中國正孕育著巨大的物聯網市場。這樣的市場也催生出像翱捷科技這樣的基帶芯片公司走向IPO。

中國基帶芯片公司從物聯網設備走向手機的路雖然漫長,但未來璀璨。


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