苹果自研5G基带芯片失败?难度在哪里?

6月29日,TF证券分析师郭明通过推特表示,苹果自主研发的5G基带芯片可能已经失败,因此高通仍是2023年下半年新iPhone 5G基带芯片的独家供应商。

郭明认为,高通仍将是苹果5 G基带芯片的独家供应商,因为苹果未能以自己的5G基带芯片取代高通产品。因此,高通从2023年下半年到2024年上半年的收入和利润可能会超出市场预期。

不过,郭明也表示,虽然苹果iPhone 5G基带芯片研发失败,但并不意味着苹果会放弃研发。郭明认为,苹果将继续开发5G基带芯片,但等到苹果的5G数据芯片可以取代高通的产品时,高通的其他新业务应该已经增长到足以抵消失去苹果订单的负面影响。

受此消息影响,6月28日,高通股价盘中上涨6.7%,收盘时仍保持3.48%的涨幅。相比之下,苹果股价开盘后一路下跌,收盘下跌2.98%。

苹果自研5G基带芯片的历程

2017苹果公司在美国和英国起诉苹果公司滥用其在通信基带芯片领域的垄断地位,并拒绝向高通支付专利授权费。随后,苹果与高通的专利授权费问题和专利纠纷全面爆发,双方在全球范围内展开诉讼,双方关系也急剧恶化。在这个过程中,苹果减少了高通基带芯片的使用,转而使用英特尔基带芯片。与此同时,苹果也在积极研发自己的基带芯片。

2019年4月6日,苹果公司结束了与高通长达数年的专利诉讼纠纷。双方达成和解,所有诉讼均被取消。与此同时,苹果还向高通支付了一笔费用(至少45亿美元),并签署了为期6年的新专利授权协议。同日,英特尔也宣布放弃手机基带芯片的研发。

几个月后的2019年7月,苹果宣布以10亿美元收购英特尔“大部分”手机基带芯片业务,这也意味着苹果未来将采用自己的手机基带芯片。在此之前,英特尔已经推出了5G基带芯片,但不符合苹果的要求,所以最终放弃,将手机基带业务卖给了苹果。因此,外界也认为苹果收购英特尔手机基带业务将加速苹果自主研发5G基带的推出。

根据美国国际贸易委员会(ITC)在2020年2月公布的一份文件,苹果需要购买高通的5G基带至少到2024年。这份文件中提到,苹果将从6月1,2021到5月31使用骁龙X55基带,从6月1,2021到5月31,6月1,

随后,在2021 11的高通投资者日会议上,高通透露,未来两年向苹果供应基带芯片的业务将会萎缩,2023年将只有约20%的iPhone使用高通基带。高通的声明也预示着苹果自主研发的5G基带将率先在iPhone 14系列上采用。

不过根据郭的最新消息,似乎苹果自主研发的5G基带芯片并没有获得成功,这使得仍然是2023年下半年新iPhone 5G基带芯片的独家供应商。

然而,该消息尚未得到苹果或高通的进一步证实。

为什么开发5G基带芯片这么难?

早在2G/3G时代,市场上手机基带芯片的供应商就有10多家,但每一代的技术升级都伴随着供应商的大洗牌。

随着4G时代的到来,基带芯片厂商面临越来越多的技术挑战,所需的专利储备和R&D投入也在直线上升,门槛越来越高。如果没有足够的出货支持,必然难以为继。所以现阶段博通、TI、Marvell、Nvidia等曾经的手机基带芯片厂商都退出了这个市场。而且此后鲜有新玩家进入这个市场(近几年只有苹果和奥捷)。

在5G基带芯片领域,随着英特尔的推出,只有五家厂商:高通、联发科、展锐、华为和三星。其中三星和华为的5G基带芯片主要是自用,华为自研芯片制造也因美国制裁受阻。因此,公开市场上只有三家5G基带芯片供应商:高通、联发科和展锐。

同样,由于5G的要求与3G和4G标准有很大不同,5G不仅要追求更高的数据吞吐量,还要有更大的网络容量和更好的服务质量(QoS),所以5G基带芯片的研发会比3G/4G更复杂。因为,过去移动通信技术的升级,为了给用户提供更快的移动互联网服务,重点是带宽升级。然而,在5G时代,为了满足各种物联网应用的需求,移动网络不仅要支持更高的带宽,还要有更大的网络容量、更低的延迟和更稳定的在线连接。

对于基带芯片的设计来说,这意味着处理器本身必须极其灵活,能够支持eMMB、URLLC、mMTC等不同的5G规范,但同时又必须具备良好的性能,否则数据吞吐量达不到5G所要求的水平。传统上,这两个要求是矛盾的。为了解决这个问题,基带芯片的设计架构会尤为关键,不同芯片厂商的设计架构会有所不同。

以多频段兼容带来的设计复杂度为例,3GPP制定的5GNR频谱有29个频段。据了解,这些频段不仅包括一些LTE频段,还增加了一些新的频段。而且各个国家和地区的频段不一样,所以芯片厂商需要推出的5G基带芯片需要是一个通用的芯片,可以在全球各个地区使用,即可以支持不同国家和地区的不同频段,多频兼容增加了芯片设计的难度。

支持模式数量的增加也增加了设计的难度。5G基带芯片需要同时兼容2G/3G/4G网络。目前国内4G手机需要支持6种模式,5G时代将达到7种模式。中国移动、中国联通和中国电信的4G/3G/2G网络包括TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、CDMA(EVDO,2000)、WCDMA和GSM。可以说测试一个芯片要走遍全世界。

关于“5G基带芯片的研发难度有多大,为什么没有新玩家加入?”,展锐的负责人在接受新知讯采访时也表示:“因为这需要R&D数亿美元的投资,而且不能只从5G开始,要把之前的2/3/4G补上。这是数亿美元的未来。此外,我们还需要花高价与世界各地的运营商进行测试。我们需要我们的工程师去世界各地进行实地测试,然后不断发现和解决问题。我们在世界各地都有人常年做这种现场测试。这种积累真的需要时间。”

综合来看,5G时代对数据传输容量和传输速率的需求非常高,还需要向后兼容。除了上面提到的这几点,比如5G基带芯片内置的DSP能力是否足以支撑庞大的数据运算量,以及芯片满足足够运算效率时所涉及的系统散热问题。对于5G的终端,由于处理能力是4G的5倍以上,功耗也是必须克服的问题等等。,这些都是设计难点。