浪潮之巅:5G手机战争实录
2020-01-10 23:47:43
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以下文章来源于菊厂搞机 ,作者菊厂搞机编辑部

2019年,随着美国对华为的制裁,5G已经成为全世界最热门的技术话题。

5G,全称第五代移动通信技术,5th Generation Mobile Networks。与过去的2G/3G/4G不同的是,5G第一次将移动通信从人的沟通,延展到万物互联,将成为第四次工业革命——人工智能革命的基础设施。

5G,正是下一个先进生产力制高点的基础技术。

搞机组从产业角度做了一个简单的5G手机战争实录,观点仅代表个人,供大家参考。

01 PART  帝国时代

为了更好理解通信技术的发展历史,我们从1G开始说起。

二战期间,战争的硝烟蔓延全球,一家做车载收音机和音响的小公司拿到了美国陆军部的第一笔订单——研发无线通信工具,用于军方联络作战部队。在炮火轰鸣声中,这家小公司依托军方资源,加紧研究反复测试。

很快,它迎来了第一个高光时刻。

1941年,美国调整了远东政策,德军包围莫斯科,日本偷袭珍珠港,在这个被历史上称为“至暗时刻”的一年,他们的第一款跨时代无线通讯产品SCR-300诞生了。

背在通讯大兵身上的SCR-300,至今仍是电影中的经典形象。而它的设计公司,就是美国摩托罗拉。一役成名后,摩托罗拉火速上市,收获了大笔资金和研发人才,开始深入研发了半导体芯片,DSP通讯手机芯片,1980年代的“大哥大”,建立了AMPS (Advanced Mobile Phone System) 无线通信系统,这就是1G。

那时,大哥大还是有钱人的专属装备,而摩托罗拉的模拟机用户最高峰曾达到4300万。毫无疑问,摩托罗拉利用第一代通信标准和技术,垄断了庞大的通讯帝国。

02 PART  欧美争霸

通信是国家战略产业,没有自己的通信技术,就要缴纳巨额的专利费用,涉及到重大国家利益。欧洲是第一次工业革命的发源地,高端技术的争夺,自然少不了欧洲。

摩托罗拉开创1G以后,欧盟内部开始了紧密追赶。1982年,欧洲邮电管理委员会成立了“移动专家组”负责通信标准的研究,不久就成功研发出了GSM系统。1991年,爱立信和诺基亚在欧洲大陆上架设了第一个GSM网络。不到十年,全世界有162个国家建成了400个GSM通信网络,使用人数超过1亿,市场占有率高达75%。错误估计了技术趋势的摩托罗拉,市场份额遭遇了雪崩式暴跌,1997年勉强维持在17%,摩托罗拉跌下神坛。

但美国不甘示弱。1985年,两位着名的领军人物雅各布和维特比,成立了高通公司(Qualcomm),寓意高品质通信。雅各布和维特比曾创办加州圣地亚哥Linkabit电子通讯技术公司,冷战时期负责承接美国军方和航太局开发卫星通讯和无线通讯技术。

1989年,高通大幅改善了被美国军方广泛使用的CDMA码分多址的保密通信技术的功率问题,并成功将其商用化。

虽然CDMA系统比GSM更先进,容量是GSM的10倍以上,而且保密性更好,但由于高通独占CDMA专利而且还要求CDMA手机按产品整机价格收取专利费,加上GSM当时铺得又快,欧洲和美国的运营商都没有采用CDMA,2G时代就成了GSM的天下。

CDMA的命运,在1995年才迎来转机。1990年,高通将专利卖给韩国,五年后移动通信用户数达100万,SK电信成为全球最大的CDMA运营商,才迎来了少数运营商的认可。1995年,CDMA系统终于在香港、加利福尼亚出现。

千禧年后,2G 的速度与容量上限逐渐面临瓶颈。经历了1G 到2G 眨眼间便大举翻盘的技术革命,欧美阵营都明白移动通信标准的重要性。爱立信、诺基亚、阿尔卡特等实力雄厚的欧洲厂商虽知GSM的TDMA技术难敌CDMA的优势,更难以作为3G核心技术,但谁也不想接受高通霸道的方案。于是欧洲与日本等原本推行GSM标准的国家联合起来成立了3GPP组织(3rd Generation Partnership Project) ,负责制定全球第三代通讯标准。

3GPP参考CDMA技术,并绕过某些高通的专利陷阱下,开发出了原理类似的WCDMA,后来为了和CDMA进行更好切割,又取了不同的名字,如全球移动电信系统UMTS(Universal Mobile Telecom System)和3GSM。

2000年3月,高通的技术股票跌到谷底,强劲的跌幅甚至使股票市值损失了近1000亿美元。为了抵抗欧洲发起的3GPP,高通与韩国联合成立 3GPP2 (3rd GenerationPartnership Project 2) ,并推出了CDMA2000。

这个时候,中国也在3GPP中推出了自己的TD-SCDMA 3G技术,并开始为中国培育了大批通信人才。

至此,WCDMA,CDMA,TD-SCDMA成为3G时代的三大标准。欧洲发起的WCDMA参与者最多,自然而然成为全球最主要的3G标准。借着中国加入WTO的东风,CDMA得以全面进入中国,迎来了全球大发展。TD-SCDMA则主要在中国使用。

三大3G技术都使用了CDMA 的底层专利技术,无法避免地被高通硬生生啃掉了一块利润,但真正让高通走向如日中天的是3G时代诞生的智能手机。高通透过缜密的专利布局,将CDMA标准写入基带芯片,以及手机厂商必须按手机整机价格缴纳5–10%专利费的商业设计,赚得盆满钵满。换句话说,一部搭载高通基带芯片的手机如果售价10000元,那么其中500元就要交给高通,这就是业界着名的“高通税”。

很明显,3G这一次的争锋,欧洲引领了全球主流标准,但美国却掌握核心技术获得了最大利益。

互联网是自由平等的象征,电信网是垄断的世界。美国IT行业具有绝对优势,一直在努力颠覆CT行业。2005年,Intel带着基于OFDM的加强版WiFi进军移动通信行业,命名WiMAX。为了降维进攻3G市场,WiMAX被称为3.5G。为了不落人后,在2005年WiMAX进军移动通信业时,高通耗费了六亿美元,战略性收购了专门研发OFDM技术的Flarion公司。并在2007年提出了UMB(Ultra-Mobile Broadband) 计划,把CDMA和OFDM、MIMO都整入UMB标准中,想继续维持CDMA的优势。

欧洲WCDMA坐拥全球大部分3G用户,掌控了市场话语权,从3G到4G的演进中更加游刃有余。为了满足智能手机的发展,WCDMA陆续演进出3.5G的HSDPA、3.75G的HSUPA。2008年时,3GPP提出了长期演进技术 (Long Term Evolution, LTE)。同时,3GPP看到了OFDM技术的前景,最重要的是可以彻底挣脱CDMA的掣肘,在2011年提出了长期演进技术升级版 (LTE-Advanced) 作为4G技术标准,转而采用OFDM。全球覆盖率最高的网络是WCDMA,因此各大运营商无不纷纷决定采用LTE-Advanced当作第四代通信技术标准。

UMB兵败,高通只能关停UMB并宣布加入3GPP的LTE阵营。而WiMax源自IT网络,运营商必须从头建起,根本无法解决电信网络的兼容性和工程演进问题。2010年,Intel也宣布放弃WiMAX,加入LTE阵营。

从GSM vs CDMA,WCMDA vs CDMA 2000,到LTE vs WiMAX,欧美工业集团的较量中,在电信领域欧洲胜多负少。

03 PART  5G真假之

我们作为亲历者,有幸见证了这次5G之争。

2G时代,全球有2个标准:GSM和CDMA;3G时代,全球有3个标准:WCDMA,CDMA和TD-SCDMA;4G时代,全球统一到了LTE,但是区分成FDD和TDD,实际还是两个标准。参与3GPP的各个电信组织和运营商,深受多个标准的产业链投资之苦,所以全球一个统一的5G标准水到渠成。

为了保护运营商4G网络投资,5G基站既可以接入4G核心网,也可以直接5G独立组网,这两种5G网络架构分别称为:NSA(non-standalone)和SA(standalone)。这就是5G真假之争的源头。

5G兼容4G是理所当然,那为什么5G网络需要SA呢?

因为5G第一次将人的联接,扩展到了万物互联。换句话说,5G不仅要支持手机上网,还要承载工业互联网、物联网等各种垂直行业的网络。5G SA网络架构,能够基于不同网络的需求,通过软件云化快速部署一张网络切片给行业使用。移动互联网、工业互联网、物联网等网络承载在同一个5G网络不同的“切片”上,这样就可以避免互相干扰,也能够保障工业级业务的要求。例如,基于5G SA网络,运营商可以在同一个5G基站覆盖的网络下,通过软件快速给港口部署一张物联网,从而把港口所有的物资、车辆、仓位全部管理起来,从而大大提升生产效率,实现智能港口管理。当然,对于手机用户来说,SA网络能够享受更短的上网时延和翻倍的上传速率,打游戏、直播体验更快更流畅。这就是5GSA网络架构的魔力所在。

从全球角度,NSA和SA都属于5G,不存在真假之分。

在中国,却有不一样的意义。第四次工业革命正在到来,中国在历史上第一次有机会能够完整抓住一个工业革命周期,意义重大。通过5G支撑传统制造行业进行智能化升级是关键战略,所以5G SA是必然选择,也是中国5G的建网标准。工信部已经明确要求,从2020年1月1日起,禁止只支持NSA的手机入网。所以说,在中国5G SA才是“真5G”并无虚假。

5G双模三频是2020年中国5G手机最低标准,购买5G手机的朋友可以关注一下。

04 PART  华为5G的洪荒之力

2009年,第一个4G网络在挪威TeliaSonera商用。同年,中国进入了3G时代,华为启动了5G研究。

十年弹指一挥间,中国通信产业今非昔比。2019年6月6日,中国政府正式发放5G牌照。从3G时代的疲于追赶,到4G时代的并驾齐驱,再到5G时代的全面领先,中国完成了一次弯道超车。华为在5G上的大放异彩,恰恰是这次弯道超车的集中体现。

历经10年持续研发,华为终于在5G技术上领先了一点点。截止2019年7月,华为已经累计向3GPP递交18000件提案,如果把这些提案用A4纸打印出来,足足有9米之高;在5G的基本专利上,华为总共拥有2570族5G基本专利,占比超过20%,在所有厂商中位居第一。

同时,华为是全球唯一一家掌握5G端到端解决方案的公司,包括5G基础技术、5G网络设备(基站、核心网、光网络、微波等)、5G芯片(基站芯片、基带芯片、手机芯片)和5G终端(手机、CPE、随手路由、平板等)。

5G时代,全球消费者每一条朋友圈,每一通电话,每一条信息,每一个vlog,或多或少都会用到华为的5G技术。

与其他公司不同的是,华为秉承“深淘滩,低作堰”的哲学,并没有将全面领先的技术藏着掖着来等着慢慢一波一波收割市场。2019年,华为发布了一系列关键技术和产品,并正在引领行业快速前进。

2019年9月,华为消费者业务总裁余承东在IFA上发布了全球首枚旗舰5G手机SoC,麒麟990 5G。

华为在麒麟990 5G芯片的研发投入高达数亿美金,不仅第一次将晶体管数量推向了创纪录的103亿,更是首次联合台积电开发了7nm EUV工艺,第一次将芯片制程工艺从过去数年的DUV提升到了EUV。DUV是深紫外线(Deep Ultraviolet Lithography),波长193nm。EUV是极深紫外线(Extreme Ultraviolet Lithography),波长为13.5nm,相比DUV技术,光刻精度提升了14倍,但难度也增量了很多倍,成本高很多。EUV光刻机的价格是1-3亿美金/台,DUV光刻机的价格为2000万-5000万美金/台不等。所以说,EUV相比7nm DUV领先一个制程时代,同时EUV也是5nm的基础技术。

基于联合台积电开发的7nmEUV工艺制程,麒麟990 5G SoC继续延续了摩尔定律,从而使得在芯片尺寸基本不变的情况下实现了世界最高的晶体管集成数量。同时,由于节省了外部接口,芯片内部通信效率比外挂基带方案高,其CPU、GPU、NPU和5G Modem等关键单元的性能表现全面领先,而且更省电。

根据行业消息,高通2020年上市的5G旗舰芯片还是外挂基带,5G旗舰SoC芯片预计要2021年才能上市。当然,对于行业的好消息就是,高通、三星、联发科等公司也及时推出了5G中端SoC芯片。

2019年9月,华为发布了搭载麒麟990 5G SoC芯片的Mate 30 5G系列,为中高端用户提供全面领先的5G体验。上市仅60天,Mate 30系列全球销量便超过了700万台,同比上一代产品增长了75%。根据行业的推测,截至2019年年底,该系列产品的销量很可能已经突破1200万台!

2019年11月,荣耀发布搭载麒麟990 5G SoC芯片的荣耀V30 Pro,继承华为高端产品基因,无论是整机设计还是5G性能,无论是拍照体验还是视频拍摄,都是佼佼者,上市以后深受消费者喜爱,勇夺双十二3000-5000元5G手机冠军。

荣耀V30全系支持5G双模六频,具有5G标杆鲜明的象征意义。而目前市面其他厂商的5G手机,基本还无法向荣耀V30系列看齐,基本都达不到中国5G手机双模三频的最低要求,要么只支持NSA单模,要么只支持2个必备频段。所以每一次其他厂商的发布会,网友纷纷调侃道:“荣耀V30 5G良心标杆,全靠友商衬托”!

华为和荣耀集最好的5G芯片、最全的5G频段、最佳的5G体验、全面领先的影像、又快又安全的无线和有线超级快充于一体,Mate 30 5G系列为广大高端用户提供了超越iPhone的卓越体验。荣耀V30系列和nova 6 5G则为年轻的用户群体提供了同样优异的5G卓越体验。这就是2019 5G元年,华为和荣耀的5G首战实录。

05 PART  被追赶和追赶

没有人生来伟大!

华为在2G时代还在摸着石头过河,在3G时代还是跟随者,4G时代是参与者。今天,华为荣耀5G的洪荒之力——也只不过是十年真金白银的研发砸出来的。从2009年到2019年,华为在5G上的持续创新已经超过10年,累计研发投入超过40亿美金!

不过,这一次与过去不同,今天的追赶者变成了高通。

事实上,高通一直咬着华为5G不放松。

2016年10月,早在3GPP 5G标准还没有冻结之时,正是华为在推行5G关键技术的时候,高通率先就发布了全球首款5G基带计划——X50,并在2017年10月,再一次发布X50基带。X50并不支持SA标准,也不支持2G/3G/4G网络,仅支持NSA 5G。很明显,X50基带并不能满足中国5G的商用要求,不过这枚试水意味浓重的5G基带,在2019年上半年成为不少手机厂商的救命稻草,哪怕牺牲消费者利益,也要拿来填补5G手机产品的空白。

2018年2月,华为在MWC正式发布了可以同时支持NSA与SA的3GPP 5G标准的基带芯片——巴龙5G01,并同步推出了5G CPE,主要提供给运营商5G商用测试。

2019年1月,华为发布支持2G/3G/4G/5G SA/5G NSA的巴龙5000基带芯片,并同步推出了基于巴龙 5000的5G CPE和5G商用手机Mate 20 X 5G和Mate X。

2019年9月,华为发布全球首个旗舰5G SoC芯片——麒麟990 5G,在这块芯片里同样集成支持了2G/3G/4G和5G双模(5G SA+5GNSA)。

很明显,华为为2019世界5G的商用,准备了端到端完整的方案,从基带到基站,再到手机SoC芯片,从5G CPE到5G手机,再到5G随身路由和5G工业模组,一应俱全。

而高通最新的消息就是2019年12月发布的骁龙865+X55外挂基带的“蓝图”,预计2020年上半年上市。同时,迫于市场的压力,高通不得不退而求其次在中端5G SoC芯片上推出了骁龙765G。

为何已经姗姗来迟,却还是中端芯片?

这里有一个常识。

在手机芯片里,负责处理APP的叫应用处理器(Application Processor),简称AP;负责通信的单元叫基带(Baseband Processor),简称BP。外挂基带就是,AP和BP是两块独立的芯片。AP和BP集成在一块芯片里就是SoC(System on Chip,片上系统)。通俗一点就是,SoC是套房,自带厨房。外挂就是单间,吃饭只能叫外卖。

SoC有一个很重要的指标就是集成的晶体管数量。对于5G旗舰芯片来说,百亿级的晶体管是基本条件。例如,麒麟990 5G SoC芯片晶体管达到了创纪录的103亿。其电路复杂程度前所未有,7nm EUV工艺挑战难度也前所未有,一旦流片失败,几亿美金都打水漂了。同时,每一颗SoC芯片又是一个功耗受限的容器,如果没有能力在一个芯片里同时做好AP和BP,要么就只能分开两块芯片做,要么就是降低AP的难度做成中低端芯片。

这就是为什么目前市场上只有华为推出了旗舰级5G SoC芯片,其他5G芯片要么是外挂,要么是中低端5G SoC芯片。

在5G的进程上,华为一直在引领,高通变成了追赶者。

06 PART  无谓抗争

5G手机的战争,表面是各个手机厂商的竞争,实际上是背后5G芯片平台的竞争,大概可以分为两个阵营:华为系和美国高通系。

虽然华为一直也在使用高通的芯片应用于部分基础产品。但在12月4日美国举行的技术峰会上,高通明确表示Sub-6+mmWave(毫米波)才是真5G。很多媒体纷纷解读:这是高通暗讽华为。

那么,什么是毫米波呢?果真如此吗?

移动通信的发展离不开两个关键因素:频谱和配套的产业链。

从2G,3G到4G,移动网络使用的都是低于6GHz的频谱,我们称之为Sub-6G。业界通常把高于24GHz的频谱称为毫米波。

比较通俗的方式,大家可以这样理解:

  • Sub-6GHz:相当于防控警报。声音一响,整个城市都听得到。Sub-6GHz的覆盖比较大,运营商不需要建那么多的基站
  • 毫米波:相当于人的声音。喊一声,只能旁边几个人听得到。

我们先来说说毫米波产业链的问题。由于2G/3G/4G的产业链都是构筑在Sub-6GHz上,所以毫米波从信道模型到网络模型,从振子天线到基站设计,从芯片到射频器件都是从无到有。目前的5G毫米波产业现状,和Sub-6G频段比起来,还近乎萌芽状态。比如,在5G毫米波上最积极的美国,从一开始就孤注一掷,5G只上毫米波。但是,发展至今,美国的5G毫米波基站数量少得可怜,在美国发售的5G毫米波手机仅有不足5款,卖出去的5G终端也不到10万台。反观Sub-6G,在中国、欧洲、韩国等带动下,产业发展一片繁荣。5G基站建设如火如荼,截至12月23日,仅中国就已开通5G基站12.6万个;根据GSA报告,截至2019年12月11日,全球已发布支持Sub-6G的5G终端接近185款,商用44款。出货方面,仅中国11月份支持Sub-6G的5G手机出货量就超过500万部,预计2020年全球超2亿部。

第二个问题,就是频谱如何获取涉及很复杂的国际协调。对于无线产业,频谱是金。除了移动通信产业,军事、卫星、气象、救援等也属于一个国家的无线产业。同时,频谱的使用会涉及到干扰。所以世界无线电通信大会WRC(World Radiocomunication Conferences)每过3-4年就会召集各国政府无线电主管部门讨论频谱的划分和使用。WRC是对国际无线电有关事项进行立法缔约的最高级别会议。但由于军事、卫星、气象等产业的优先级常常高于民用的移动通信,所以移动通信产业获得频谱常常比较困难。每次WRC大会要经过非常复杂的国内协调和国际谈判。在15年的WRC大会上,只讨论了面向2020年Sub-6GHz的频谱使用,举个例子,中国三大运营商的5G新频谱n79/n78,其所在的频段3300-4990MHz,就是早在2015年WRC(WRC-15)确定的。

2019年12月召开的WRC-19,各国代表经过无数的争吵,5G毫米波才最终达成共识:

  • 全球范围内将24.25 GHz-27.5 GHz、37 GHz-43.5 GHz、66 GHz-71 GHz 共14.75GHz带宽的频谱资源,标识用于5G及国际移动通信系统(IMT)未来发展;
  • 在45.5GHz-47GHz频段,部分国家在脚注中标识用于IMT;
  • 在47.2GHz-48.2GHz频段,美洲国家和部分国家、地区标识用于IMT。

从频谱标识,到获取频谱许可,再到真正的商用,动辄需要数年。

全球范围看,5G的第一波商用,目前包括中国、欧洲在内的全球主流运营商选择的是Sub-6GHz,毫米波在中国的商用最早要到2022年。

所以,讨论当前5G手机支持毫米波,意义不大。

不过有意思的是,虽然目前华为销售的5G手机没做毫米波,但是从核心网到基站,从终端到芯片,华为是唯一一家能够提供端到端5G毫米波产品的公司。

那么,问题来了,为什么高通要在此时力推毫米波呢?

首先,毫米波的手机天线是以芯片模组的方式,连同手机芯片一起配套出售的。对于芯片厂商来说,将大大增加芯片的销售收入。另外,毫米波涉及更多专利,手机厂商需要缴纳的专利费也更多。这种技术的顶层设计,所有增加的费用都转嫁到消费者头上,堪比“印钞机”。换句话说,如果我们2022年前暂时不需要毫米波而被迫现在就购买毫米波手机,那么相当于中国的消费者替美国大幅度分摊了毫米波的产业链成本。

第二个原因,和美国的4G/5G路径有关。在4G存量市场,美国落后欧洲,并不是LTE核心技术控制者。同时,由于美国Sub-6GHz比较匮乏,很多频段用于军事。在欧美争锋的较量中,美国从来不愿意拥抱3GPP国际标准组织,所以4G时代押注WiMAX,5G时代押注毫米波,都是希望重新定义移动通信产业技术制高点。

康庄大道,还是穷途末路,全凭自己选择。美国5G的落后,是自己选错了道路。

07 PART  大国力量

产品的竞争力来源于企业研发实力,而通信产业的发展离不开大国的力量。

无论是3G的CDMA大发展,还是4G产业链的快速成熟,都离不开中国这个庞大市场。

3G时代,移动通信首次有了中国提出的标准,中美欧三足鼎立;虽然TD-SCDMA较快退出历史舞台,但是中国企业开始赢得一点话语权,培养了数十万工程师,促进了中国通信产业的高速发展;

4G时代,中国开始与世界并跑,中国倡议并主导的TD-LTE方案成为4G两大方案之一。中国还全面推动了4G产业的快速成熟,不仅拥有数量最为庞大的基站部署,4G网络覆盖率达到95%,4G用户渗透率达到70%以上,还拥有最完整的终端产业链,最发达的移动支付业务……

而到了5G时代,中国终于开始领跑!中国企业拥有最多的5G标准必要专利,占比达34%,其中仅华为一家就占20%,比整个美国还多。

中国在频谱资源、基站站址数量及建设能力、行业与企业的参与度、政府的支持等方面都是全球领先的,非常有利于5G的大规模建设。

中国拥有从运营商到通信设备商、零部件供应商、应用供应商等组成的最完整的移动通信产业链,合力加速5G技术突破和商用,并快速推进产业成本的降低。

中国拥有最完善的终端产业链,中国企业智能手机出货量全球占比超过50%。

中国拥有最丰富的移动应用场景,经过近20年消费互联网的高速发展,中国形成了以BAT为代表的一批世界知名的领军型互联网企业,成为推动5G应用发展的重要力量。

中国是世界人口最多的国家和世界第二大经济体,消费者和企业用户数量庞大,对5G的认知和需求领先,能为5G以及应用产业提供足够规模的市场,对5G投资极具吸引力。

中国还拥有最庞大的5G产业人才储备,百万级的软硬件工程师,成为中国5G发展最强大的基石!

……

中国,也正以更加开放的姿态,携手各国共同促进移动通信产业发展,最终受益的将是全球!

合则强,孤则弱。世界5G,看中国!

End

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