这种芯片,苹果又难产了

发布时间:2023-11-20  

iPhone 15系列发布时,苹果发布了首款商业落地的3nm芯片,而就在它发布的前几日,高通宣布已与苹果达成协议,为苹果在2024年至2026年推出的智能手机提供骁龙5G调制解调器(基带)及射频系统。意思就是,苹果自研基带芯片受阻。


11月17日,外媒又称,苹果在自研5G基带上再次遇到问题,不得不继续延迟使用计划,推出时间最快也要到2025年底或者2026年初。而这还不是最坏的情况,苹果自研5G基带芯片还处在早期,已经落后数年,等到苹果研发完成,友商都开始6G了。

那么,苹果为什么坐拥先进芯片,却屡次折戟在基带芯片上?

苹果在折腾什么?


为什么苹果要花这么大力气做这件事?苹果并不是为了让信号更好,答案很简单,就是为了挣更多钱。

一方面,基带芯片存在大量专利,后来者研发基带芯片都很难绕开其中很多的专利,躺着收专利,怎么想都是一个好生意。

另一方面,买高通,还是太贵了,毕竟它的产品含有“高通税”,这就是垄断者的底气。

以采用高通基带的iPhone12为例,基带价格达到了58.5美元,甚至超过了处理器的价格。如果怕苹果成功研发基带芯片,以苹果的出货量,用不了多久就能回本。 

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简单回顾一下苹果的基带芯片历史,就是一部折腾史。 

最早,苹果主要使用英飞凌的基带芯片,后来,英飞凌无线解决方案业务被英特尔收购。2011年,苹果首次使用高通基带芯片的机型是2011年的iPhone 4S,自此,苹果开始于高通结缘,但也从这时起,因为高昂的价格,或许此时就结下了梁子。

2013年,高通与苹果达成独占协议,以支付给苹果10亿美元的代价,获取2013年以后的iPhone基带芯片的“独占权”。通过协议,苹果既能降低成本、获取更高利润,还能确保更好的通信性能。但另苹果没想到的是,iPhone销售大涨之后,授权费早已远超10亿美元。

2016年,苹果开始在iPhone 7开始,使用更便宜的英特尔基带,一开始还是少量与高通混用,随后混用比例越来越高,这一举动使得苹果与高通的关系变得微妙。彼时英特尔基带最大问题是不支持CDMA,于是苹果还是做出了区分,部分国家只采用高通基带,而不是随机混用。

刚开始,大家对于混用没有什么感知,直到2018年,iPhone XS和Xs Max信号表现越来越差,很多人归咎于英特尔基带。拆解发现,两款新iPhone均没有采用高通基带,而是选择了英特尔 PMB9955基带(真实型号英特尔XMM7560),它是支持CDMA的第五代LTE modem,虽然并没有证据表示英特尔基带信号就不好,但也让人更为关注基带芯片,毕竟与基础的信号挂钩。 

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2017年,苹果正式吹响反击号角,起诉高通滥用在通信基带芯片领域的垄断地位,专利授权费收费过高。随后,双方矛盾开始激化,关系急剧恶化。在此过程中,苹果减少了高通基带芯片的采用,转向了采用英特尔的基带芯片。与此同时,苹果也在积极的自研基带芯片。

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2019年4月16日,最终苹果和高通达成了情非得已的“双向奔赴”,苹果和高通双方又达成和解,撤销所有讼诉同时苹果还向高通支付一笔费用(至少45亿美元),而在同一天,英特尔也宣布了放弃了手机基带芯片的研发。 

2019年7月,苹果以10亿美元收购了英特尔“大部分”手机基带芯片业务,从此预告了自研基带之路。

2020年2月,美国国际贸易委员会(ITC)一份文件显示,苹果至少要在2024年前都需要购买高通的5G基带:2020年6月1日~2021年5月31日使用骁龙X55基带,2021年6月1日~2022年5月31日使用骁龙X60;2022年6月1日~2024年5月31日使用骁龙X65或者骁龙X70。

2021年11月,高通透露向苹果供应基带芯片的业务在未来两年会收缩,2023年大概只有20%的iPhone才会用高通基带。

2022年6月,郭明祺表示,苹果自研5G基带芯片并未成功,也使得高通仍是2023下半年新iPhone 5G基带芯片的独家供应商。

2023年3月,媒体称,苹果自主研发5G基带芯片代号为Ibiza,将采用台积电3nm制程技术,同时相关射频IC也将利用台积电的7nm制程,同时预计将首次应用在苹果2024年推出的iPhone 16系列手机上。

如今看来,iPhone 16系列无法采用自研基带芯片已成定局,而且,根据最近外媒的说法,甚至可能要延迟到2026初。但可以预见的是,苹果并不是就此放弃,毕竟A系列、M系列芯片的成功,让苹果尝到了足够的甜头,多挣钱,谁不愿意?

基带,难在哪里? 

那么,基带芯片,为什么连苹果都这么难产,它到底难在哪里?首先,我们先来简单了解下基带芯片在通信模块中的位置和结构。

手机无线通信模块主要分为射频前端、基带、收发器、天线四大部分,每个部分由大量分立芯片组成,非常复杂。

基带全名是基本频带,原指未经调制的原始电信号所固有的频率宽带,即处在中心点的0Hz信号,而现在它通常指手机中的通信模块,包括基带芯片、基带信号调制解调器及其它辅助元器件。

基带芯片可以说,是基带中最核心的部分,是无线通信的大管家,负责信号生成、调制、编码以及频移等工作。虽然相比来说,基带芯片对工艺制程要求并不高,可不受摩尔定律影响,但它设计复杂,一般以工作频段和增益为主要衡量标准,因此市场整体较为稳定,更新较慢。

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其实,一个基带芯片可以就理解成一个小型计算机,包括CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块五个部分。独立的系统有助于提高运行效率,防止受到应用程序错误或操作系统更改影响。 

基带芯片硬件架构多采用Arm处理器+DSP+ASIC的架构,涉及编解码、信道估计、信道均衡、同步与测量算法等;软件涉及实时操作系统(RTOS)、 驱动程序(Drivers)和协议栈(Protocol Stack),决定了基带芯片性能上限。 

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对于基带芯片来说,主要包括以下几个难点: 

第一,基带芯片需要多频段兼容,各个国家和地区的手机通信频段又都不一样,使得其设计难度高。想想看,如果换个地区和国家连打电话都打不出去,那完全脱离手机的本质了。 

第二,基带芯片需要兼容的模式非常多,比如说,5G基带芯片也要兼容2G/3G/4G,此外,国内还拥有很多种运营商,不同运营商也有不同的模式,比如中国电信、中国联通、中国移动的TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、CDMA(EVDO、2000)、WCDMA、GSM等。此外,通信行业包括不同通信设备的设备兼容。包括爱立信、诺基亚、华为、中兴,你不知道运营商在组网的时候用的是什么设备,所以最保险的方式就是全设备兼容支持。

第三,5G的基带芯片设计要求更高,研发需要雄厚的技术储备及持续资金支持。毫米波是高频波,带宽大,传输速度快,但是波长很短,信号容易受到干扰;因此在设计上必须要改善射频(RF)天线模块效能,才能有更好的性能效果。另外,5G还要满足eMBB、 mMTCL、uRLLC三大典型场景需求,因为5G的目标市场不仅限于手机,还涵盖物联网、工业自动化、智慧城市等应用。

第四,许多关键专利长期被寡头垄断。Strategy Analytics报告中,2022Q3高通的手机基带芯片收入占全球总收入的62%,其次是联发科(26%)和三星(6%)。此前就有报道称,苹果之所以一直迟迟研发困难,是因为高通拥有两项关键两项专利,想要继续开发5G基带芯片,就必须给高通支付高昂的专利费用。

第五,还有软件方面的瓶颈。也有报道称,苹果研发基带芯片面临的一大障碍是为芯片供电的软件,其中一些软件是从英特尔收购的。参与该项目的人士表示,英特尔代码无法胜任这项任务,其中大部分代码必须从头开始重写。苹果工程师试图添加新功能时,现有功能将被破坏,芯片将无法正常工作。

总结起来,就是做基带芯片,就是烧钱,而且烧得不只一点。

其实纵观整个基带发展历史,非常遵循芯片行业的基本逻辑。

尤其,在4G时代,基带芯片大咖云集,包括德州仪器、英伟达、Marvell,飞思卡尔, 博通,ADI等企业,而后都逐渐退出历史舞台。

这是因为,一项芯片技术在发展初期,市场都在探索新的发展行径,而彼时资金雄厚的芯片企业想要拓展自己的业务,就会投入资金到这块市场内,从而展现出百花齐放的态势。 

而当技术逐渐成熟之后,一方面专利墙越来越厚,技术能力和经验都极为丰富的巨头垄断了市场,后进者仅一次决策失误或延期上市就可能会被竞争对手抢占市场,不断陷入被动局面,因此玩家会越来越少;另一方面,市场情况不好的芯片厂商,为了让自己的营业更加可持续,就会卖出或砍掉一些业务,最终在芯片特定领域形成2~3家寡头竞争的局面。说白了,做不过寡头,也不赚钱的生意,没人会死磕。

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所以说,实力强劲且手握英飞凌无线业务的英特尔,都不得不放弃基带芯片这块蛋糕。现在,苹果面对的问题完全不是一支技术丰厚的团队,或者说努力就能解决的问题,而是高额的前期投入与超长的研发周期。这样来看,想挣自研的钱,也没那么好做。

当然,对比之下的华为就显得更加强大,每年千亿的研发投入,5G基带、专利都能顶上,这确实显示出华为的不容易。此外,国内的紫光展锐、翱捷科技、东芯通信也在不断突破基带技术。 

苹果的自研基带梦,还在继续。曾经的苹果靠着Lightning接口,挣了许多授权费,而在此后,又靠A系和M系芯片让自己的生态更加完整。可想而知,苹果不会这么容易放弃自研基带芯片,但它要碰壁的路,还很长。 

参考文献

[1] 中国电子报:坐拥3nm处理器,苹果为何“折戟”5G基带芯片?.2023.9.18.https://mp.weixin.qq.com/s/dgOtYmiS9sfE1oyqqHYy1g

[2] 德邦证券:翱捷科技(688220.SH):国内稀缺的无线通信基带厂商,从物联网向智能手机领域进军.2023.10.20.https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202310201602170584_1.pdf?1697823649000.pdf

[3] 芯智讯:苹果自研5G基带芯片失败?到底难在哪?.2022.6.29.https://mp.weixin.qq.com/s/1wxYBEUj2w27a9ewl9mOBg

[4] AI芯天下:深度丨苹果的基带战争.2022.7.6.https://mp.weixin.qq.com/s/f0d7ts13nvk1y1H3KHtxpQ

[5] 虎嗅APP:iPhone 基带之困.2018.9.26.https://mp.weixin.qq.com/s/VVDILFTRoyYkKLABq4QPxQ

[6] 电子工程专辑:基带搞不定,苹果仍绕不过高通.2023.9.14.https://mp.weixin.qq.com/s/2LZkAM8q9vBM1VhWKCnDkw

[7] 芯科技风向标:基带芯片:研究框架(90页重磅).2020.6.13.https://mp.weixin.qq.com/s/jFRKVL2ezXH1GWVe8pjUMw


文章来源于:电子工程世界    原文链接
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