訂閱電子報∣ 友善列印字體大小 文章分享-Facebook 文章分享-Plurk 文章分享-Twitter
5G晶片基帶外掛與集成,到底有多大差距?
獲取產業訊息零時差!立即訂閱電電公會電子報。

近幾日,高通在夏威夷發佈旗艦驍龍865、集成雙模5G基帶晶片X52的驍龍735和驍龍735G,引起了業界的廣泛關注。其中,定位旗艦級晶片的驍龍865採用了外掛式5G基帶的設計,並沒有採用與麒麟990 5G、天璣1000等移動平臺那樣的的集成式基帶設計,這也成為驍龍865最大的爭議點。
一直以來,在很多人的概念中,外掛基帶相比集成基帶來說,不僅會增加功耗發熱、還會影響性能。因此,作為一款2019年底才發佈的移動平臺,相比目前友商推出的移動平臺都用到了集成5G基帶的設計,難免會有人認為高通的旗艦新品有點不夠“厚道”。而在新品發佈後,人們對於“集成基帶和外掛基帶有多大差距?”這個問題也爭論不休。
5G手機為何更耗電?
“5G手機更耗電”,這可能是很多第一批使用5G手機用戶們的真實感受。在今年年中5G試商用時,各家手機廠商所推出的5G手機皆為外掛基帶,比如三星S10 5G採用的Exynos 9820 就外掛了Exynos Modem 5100基帶、華為Mate 20X 5G採用的麒麟980 加外掛巴龍5000基帶、OPPO Reno 5G採用的驍龍855 加外掛X50基帶等。以上提到的幾款手機在後續的用戶回饋中無一不存在耗電嚴重的問題。其中原因,除了5G本身傳輸的資料量大,導致計算量增大之外,很多人還將問題歸咎於外掛基帶。
5G更耗電這一點,從5G基站上也有明顯體現。據中國鐵塔的一份分析材料顯示,目前幾家主流的廠商的5G基站單系統的典型功耗分別為:華為3500W,中興3255W、大唐4940W。作為對比,4G的單系統功耗僅為1300W,5G是4G的3-4倍。那麼到底是什麼導致了5G基站和手機耗電量的激增?
目前,5G所採用的標準是3GPP release15協定,而在這個協定中,為了更好地相容現有的4G網路,選擇了OFDM(正交頻分複用)作為編碼無線信號的選項。使用OFDM的方式傳輸資料,是將資料分成多個部分,並以不同的頻率同時輸出,使得發射信號彼此正交互不干擾。
但一般來說,OFDM信號的正交部分不會消減能量的傳遞,也就是說,防止信號互相抵消的特性也防止了各部分的能量互相抵消。這意味著任何接收器都需要同時接收大量能量,而任何發射器都需要同時釋放大量能量。高能量直接導致了OFDM的高PAPR(峰值平均功率比),使得該方法的能量效率低於其他編碼方案,這也是導致目前5G設備耗電嚴重問題的主要原因之一。與此同時,5G由於頻段的增加,手機在原先4G手機的6-8組天線的基礎上,還需要增加幾組5G頻段天線,而每根天線都需搭配一顆功率放大器,這無疑也是增加功耗的另一個重要原因。
外掛基帶=獨顯,集成基帶=核顯?
當然,所有的5G手機在電池容量相對4G手機變化不大時,耗電加快是必然的。回歸到5G基帶本身的問題,從目前已經公佈的5G移動平臺來看,驍龍865、天璣1000、Exynos 990以及麒麟990 5G中,天璣1000和麒麟990 5G採用的是集成基帶設計,其他兩款是採用外掛基帶設計。根據官網上的資料顯示,這四款移動平臺的5G峰值速率分別是:
天璣1000(集成5G基帶):峰值下行速率4.7Gbps(sub-6GHz),峰值上行速率2.3Gbps;
麒麟990 5G(集成巴龍5000):峰值下行速率2.3Gbps,峰值上行速率1.25Gbps;
驍龍865(外掛X55):峰值下行速率7Gbps(毫米波),峰值上行速率3Gbps;
Exynos 990(集成Exynos 5123):峰值下行速率7.35Gbps(毫米波)/5.1Gbps(sub-6Ghz),上行速率未公佈。
對比之下,似乎外掛基帶在網路速率上還有點優勢?這有些類似於PC上獨顯和核顯的區別,但這也可能只是各家基帶性能上的差異。那麼,以巴龍5000為例,在外掛巴龍5000基帶的mate 20X 5G上,峰值下行速率4.6Gbps,上行速率最高2.5Gbps,對比集成了巴龍5000的麒麟990 5G速率足足翻倍,這顯然是為了將基帶整合到SoC中所作出的妥協。
能量守恆定律:性能與功耗、體積的取捨
編者猜測,麒麟990 5G作為全球第一款正式商用的集成式5G基帶晶片,一是出於功耗和晶片體積的原因,二是可能出於時間進度原因而沒有優化晶片設計。因為990 5G雖然採用了更先進的7nm EUV工藝,但其AP核心架構仍是上一代的A76。
另一方面,得益於新工藝,麒麟990 5G相比990 4G版本,在2個A76中核頻率提升0.27GHz、4個A55小核提升0.09GHz、並且再增加一個NPU核心的同時,功耗還有所降低,這顯然就是為了平衡5G基帶的功耗問題而控制了7nm EUV工藝下AP核心可以達到的更高頻率。
至於採用集成5G基帶的天璣1000,從AP規格上看性能與驍龍865相差不大,也同時坐擁著宣稱是全球最省電的5G基帶。但根據其採用了9顆Mail-G77 GPU和6核APU的設計,實際功耗與發熱表現仍存疑。
驍龍865外掛基帶的其中一個優勢就是可以將AP和基帶晶片的散熱分開處理,散熱面積增大也有利於晶片性能釋放,高通方面就表示採用外掛基帶的其中一個目的就是獲得最佳系統性能,並且還強調無論是AP性能還是基帶方面都要比友商要強。但實際搭載這兩款移動平臺的終端設備仍沒有在市面上發售,其最終的表現還是需要終端產品來體現出來。
小結:
總而言之,從目前所推出的5G移動平臺來看,採用外掛基帶設計的5G移動平臺普遍都有著更高的5G網路峰值速率、更高的性能釋放、更方便于終端廠商進行散熱設計,但也存在佔用手機內部空間、物料成本的增加、加大終端廠商的電路設計難度以及可能出現的功耗過高等問題。
而採用集成基帶設計的5G移動平臺相比之下有更高的集成度,可以節省手機內部空間,同時降低終端廠商的電路設計難度,理論上更省電,成本更低。但也存在散熱面積小而集中、AP性能一定程度上受限、5G網路峰值速率較低等問題。
因此,目前所推出的5G移動平臺,無論是採用集成還是外掛基帶的方案,都一定程度上在某些方面有所取捨:高性能、低功耗、小體積,需求只能三選二。當然,考慮到手機內部空間,未來集成基帶必然是趨勢。
在百度搜索“4G耗電量”時,編者也發現當年人們同樣在吐槽4G比3G更費電。作為新一代移動通訊技術,5G距離普及還有很長的路要走,而當年的4G手機也一樣是在種種爭議中逐漸發展到現在,設備功耗與發熱等問題都被快充、高密度電池、石墨散熱片甚至液冷風冷等技術所解決。相信目前5G手機上存在的種種問題,也同樣會未來不久的時間內迎刃而解。

訂閱電子報 友善列印 字體大小:
獲取產業訊息零時差!立即訂閱電電公會電子報。