5G基帶芯片 蘋果又難產


iPhone15系列發佈時,蘋果發佈首款商業落地的3nm芯片,而就在它發佈的前幾日,高通宣佈已與蘋果達成協議,為蘋果在2024年至2026年推出的智能手機提供驍龍5G調制解調器(基帶)及射頻系統。意思就是,蘋果自研基帶芯片受阻。

11月17日,外媒又稱,蘋果在自研5G基帶上再次遇到問題,不得不繼續延遲使用計劃,推出時間最快也要到2025年底或者2026年初。而這還不是最壞的情況,蘋果自研5G基帶芯片還處在早期,已經落後數年,等到蘋果研發完成,友商都開始6G。

那麼,蘋果為什麼坐擁先進芯片,卻屢次折戟在基帶芯片上?

蘋果在折騰什麼?

為什麼蘋果要花這麼大力氣做這件事?蘋果並不是為讓信號更好,答案很簡單,就是為掙更多錢。

一方面,基帶芯片存在大量專利,後來者研發基帶芯片都很難繞開其中很多的專利,躺著收專利,怎麼想都是一個好生意。

另一方面,買高通,還是太貴,畢竟它的產品含有“高通稅”,這就是壟斷者的底氣。

以采用高通基帶的iPhone12為例,基帶價格達到58.5美元,甚至超過處理器的價格。如果怕蘋果成功研發基帶芯片,以蘋果的出貨量,用不多久就能回本。


簡單回顧一下蘋果的基帶芯片歷史,就是一部折騰史。

最早,蘋果主要使用英飛凌的基帶芯片,後來,英飛凌無線解決方案業務被英特爾收購。2011年,蘋果首次使用高通基帶芯片的機型是2011年的iPhone 4S,自此,蘋果開始於高通結緣,但也從這時起,因為高昂的價格,或許此時就結下梁子。

2013年,高通與蘋果達成獨占協議,以支付給蘋果10億美元的代價,獲取2013年以後的iPhone基帶芯片的“獨占權”。通過協議,蘋果既能降低成本、獲取更高利潤,還能確保更好的通信性能。但另蘋果沒想到的是,iPhone銷售大漲之後,授權費早已遠超10億美元。

2016年,蘋果開始在iPhone 7開始,使用更便宜的英特爾基帶,一開始還是少量與高通混用,隨後混用比例越來越高,這一舉動使得蘋果與高通的關系變得微妙。彼時英特爾基帶最大問題是不支持CDMA,於是蘋果還是做出區分,部分國傢隻采用高通基帶,而不是隨機混用。

剛開始,大傢對於混用沒有什麼感知,直到2018年,iPhone XS和Xs Max信號表現越來越差,很多人歸咎於英特爾基帶。拆解發現,兩款新iPhone均沒有采用高通基帶,而是選擇英特爾 PMB9955基帶(真實型號英特爾XMM7560),它是支持CDMA的第五代LTE modem,雖然並沒有證據表示英特爾基帶信號就不好,但也讓人更為關註基帶芯片,畢竟與基礎的信號掛鉤。


2017年,蘋果正式吹響反擊號角,起訴高通濫用在通信基帶芯片領域的壟斷地位,專利授權費收費過高。隨後,雙方矛盾開始激化,關系急劇惡化。在此過程中,蘋果減少高通基帶芯片的采用,轉向采用英特爾的基帶芯片。與此同時,蘋果也在積極的自研基帶芯片。


2019年4月16日,最終蘋果和高通達成情非得已的“雙向奔赴”,蘋果和高通雙方又達成和解,撤銷所有訟訴同時蘋果還向高通支付一筆費用(至少45億美元),而在同一天,英特爾也宣佈放棄手機基帶芯片的研發。

2019年7月,蘋果以10億美元收購英特爾“大部分”手機基帶芯片業務,從此預告自研基帶之路。

2020年2月,美國國際貿易委員會(ITC)一份文件顯示,蘋果至少要在2024年前都需要購買高通的5G基帶:2020年6月1日~2021年5月31日使用驍龍X55基帶,2021年6月1日~2022年5月31日使用驍龍X60;2022年6月1日~2024年5月31日使用驍龍X65或者驍龍X70。

2021年11月,高通透露向蘋果供應基帶芯片的業務在未來兩年會收縮,2023年大概隻有20%的iPhone才會用高通基帶。

2022年6月,郭明祺表示,蘋果自研5G基帶芯片並未成功,也使得高通仍是2023下半年新iPhone 5G基帶芯片的獨傢供應商。

2023年3月,媒體稱,蘋果自主研發5G基帶芯片代號為Ibiza,將采用臺積電3nm制程技術,同時相關射頻IC也將利用臺積電的7nm制程,同時預計將首次應用在蘋果2024年推出的iPhone 16系列手機上。

如今看來,iPhone 16系列無法采用自研基帶芯片已成定局,而且,根據最近外媒的說法,甚至可能要延遲到2026初。但可以預見的是,蘋果並不是就此放棄,畢竟A系列、M系列芯片的成功,讓蘋果嘗到足夠的甜頭,多掙錢,誰不願意?

基帶,難在哪裡?

那麼,基帶芯片,為什麼連蘋果都這麼難產,它到底難在哪裡?首先,我們先來簡單解下基帶芯片在通信模塊中的位置和結構。

手機無線通信模塊主要分為射頻前端、基帶、收發器、天線四大部分,每個部分由大量分立芯片組成,非常復雜。

基帶全名是基本頻帶,原指未經調制的原始電信號所固有的頻率寬帶,即處在中心點的0Hz信號,而現在它通常指手機中的通信模塊,包括基帶芯片、基帶信號調制解調器及其它輔助元器件。

基帶芯片可以說,是基帶中最核心的部分,是無線通信的大管傢,負責信號生成、調制、編碼以及頻移等工作。雖然相比來說,基帶芯片對工藝制程要求並不高,可不受摩爾定律影響,但它設計復雜,一般以工作頻段和增益為主要衡量標準,因此市場整體較為穩定,更新較慢。


其實,一個基帶芯片可以就理解成一個小型計算機,包括CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、調制解調器和接口模塊五個部分。獨立的系統有助於提高運行效率,防止受到應用程序錯誤或操作系統更改影響。

基帶芯片硬件架構多采用Arm處理器+DSP+ASIC的架構,涉及編解碼、信道估計、信道均衡、同步與測量算法等;軟件涉及實時操作系統(RTOS)、 驅動程序(Drivers)和協議棧(Protocol Stack),決定基帶芯片性能上限。


對於基帶芯片來說,主要包括以下幾個難點:

第一,基帶芯片需要多頻段兼容,各個國傢和地區的手機通信頻段又都不一樣,使得其設計難度高。想想看,如果換個地區和國傢連打電話都打不出去,那完全脫離手機的本質。

第二,基帶芯片需要兼容的模式非常多,比如說,5G基帶芯片也要兼容2G/3G/4G,此外,國內還擁有很多種運營商,不同運營商也有不同的模式,比如中國電信、中國聯通、中國移動的TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、CDMA(EVDO、2000)、WCDMA、GSM等。此外,通信行業包括不同通信設備的設備兼容。包括愛立信、諾基亞、華為、中興,你不知道運營商在組網的時候用的是什麼設備,所以最保險的方式就是全設備兼容支持。

第三,5G的基帶芯片設計要求更高,研發需要雄厚的技術儲備及持續資金支持。毫米波是高頻波,帶寬大,傳輸速度快,但是波長很短,信號容易受到幹擾;因此在設計上必須要改善射頻(RF)天線模塊效能,才能有更好的性能效果。另外,5G還要滿足eMBB、 mMTCL、uRLLC三大典型場景需求,因為5G的目標市場不僅限於手機,還涵蓋物聯網、工業自動化、智慧城市等應用。

第四,許多關鍵專利長期被寡頭壟斷。Strategy Analytics報告中,2022Q3高通的手機基帶芯片收入占全球總收入的62%,其次是聯發科(26%)和三星(6%)。此前就有報道稱,蘋果之所以一直遲遲研發困難,是因為高通擁有兩項關鍵兩項專利,想要繼續開發5G基帶芯片,就必須給高通支付高昂的專利費用。

第五,還有軟件方面的瓶頸。也有報道稱,蘋果研發基帶芯片面臨的一大障礙是為芯片供電的軟件,其中一些軟件是從英特爾收購的。參與該項目的人士表示,英特爾代碼無法勝任這項任務,其中大部分代碼必須從頭開始重寫。蘋果工程師試圖添加新功能時,現有功能將被破壞,芯片將無法正常工作。

總結起來,就是做基帶芯片,就是燒錢,而且燒得不隻一點。

其實縱觀整個基帶發展歷史,非常遵循芯片行業的基本邏輯。

尤其,在4G時代,基帶芯片大咖雲集,包括德州儀器、英偉達、Marvell,飛思卡爾, 博通,ADI等企業,而後都逐漸退出歷史舞臺。

這是因為,一項芯片技術在發展初期,市場都在探索新的發展行徑,而彼時資金雄厚的芯片企業想要拓展自己的業務,就會投入資金到這塊市場內,從而展現出百花齊放的態勢。

而當技術逐漸成熟之後,一方面專利墻越來越厚,技術能力和經驗都極為豐富的巨頭壟斷市場,後進者僅一次決策失誤或延期上市就可能會被競爭對手搶占市場,不斷陷入被動局面,因此玩傢會越來越少;另一方面,市場情況不好的芯片廠商,為讓自己的營業更加可持續,就會賣出或砍掉一些業務,最終在芯片特定領域形成2~3傢寡頭競爭的局面。說白,做不過寡頭,也不賺錢的生意,沒人會死磕。


所以說,實力強勁且手握英飛凌無線業務的英特爾,都不得不放棄基帶芯片這塊蛋糕。現在,蘋果面對的問題完全不是一支技術豐厚的團隊,或者說努力就能解決的問題,而是高額的前期投入與超長的研發周期。這樣來看,想掙自研的錢,也沒那麼好做。

當然,對比之下的華為就顯得更加強大,每年千億的研發投入,5G基帶、專利都能頂上,這確實顯示出華為的不容易。此外,國內的紫光展銳、翱捷科技、東芯通信也在不斷突破基帶技術。

蘋果的自研基帶夢,還在繼續。曾經的蘋果靠著Lightning接口,掙許多授權費,而在此後,又靠A系和M系芯片讓自己的生態更加完整。可想而知,蘋果不會這麼容易放棄自研基帶芯片,但它要碰壁的路,還很長。


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