華為芯片戰(zhàn)斗的隱形戰(zhàn)場
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發(fā)布時(shí)間：2021-10-29
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今年旗艦機(jī)型的發(fā)布會比往年來的稍微晚一些，P50直接從三四月份跳票到了七月底。性能夠強(qiáng)，拍照更好，系統(tǒng)更順滑，完全符合2021年的旗艦機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)，華為在如此封鎖的情況下還能做到這個(gè)成績。華為就像那架被打的千瘡百孔還在執(zhí)行任務(wù)的伊爾2型攻擊機(jī)一樣都是了不起的戰(zhàn)士。但是發(fā)布會表示整個(gè)P50系列都不支持5G，在這個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)很多時(shí)候都非常擁堵的今天，5G通信模塊顯然是旗艦機(jī)型的標(biāo)配，華為的手機(jī)怎么會不支持5G呢？經(jīng)過深度調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，其實(shí)這不僅僅是單純的技術(shù)競爭，還是一段中國芯片人自強(qiáng)不息的故事，他們在很短的時(shí)間內(nèi)幾乎做到了在射頻芯片這一關(guān)鍵卡脖子領(lǐng)域的國產(chǎn)替代，現(xiàn)在華為手機(jī)沒有5G只是因?yàn)檫€差了最后的臨門一腳了。下面我們來看看華為5G手機(jī)的兩個(gè)版本。P50處理器有兩個(gè)版本，用驍龍888處理器的版本不支持5G是可以理解的，因?yàn)槊绹辉试S。但是為什么華為海思自己的麒麟9000處理器的版本也不支持5G呢？去年的Mate40不是支持的好好的嗎？要回答這個(gè)問題我們需要簡單了解一下手機(jī)芯片組的構(gòu)成。手機(jī)里面平時(shí)談的比較多的芯片大概是像高通驍龍888，蘋果A14，麒麟9000之類的SoC芯片，也就是集成CPU、GPU的這塊芯片，它主要提供的是算力。除此之外其實(shí)一臺手機(jī)里面還有大概100顆芯片，比如管手機(jī)外界通信的基帶芯片和射頻芯片，管存儲的內(nèi)存和閃存芯片， 還有管電的電源管理芯片以及一些解碼芯片和驅(qū)動芯片。為什么這些都是芯片呢？其實(shí)芯片本質(zhì)上就是在硅片上雕刻電路，這樣做遠(yuǎn)遠(yuǎn)比用元器件搭電路更省空間和能源，因此在手機(jī)這種體積和能源都嚴(yán)重受限的場景下，原則就是能用芯片就用芯片。用麒麟9000版P50Pro為例，把它的背板拆開就可以看到一塊被電池和鏡頭模組擠得小小的結(jié)構(gòu)就是主板，絕大多多數(shù)芯片都是安裝在這個(gè)主板上的，因?yàn)橹靼逄⌒酒嗔?，所以被做成雙層結(jié)構(gòu)，這也是最近的一個(gè)常見設(shè)計(jì)，比如Iphone12也是雙層主板設(shè)計(jì)，只是蘋果的設(shè)計(jì)是把芯片夾在兩塊板中間，這樣就非常不利于散熱，容易出現(xiàn)一玩大型游戲就降頻的問題。 
華為的芯片在兩側(cè)朝外的設(shè)計(jì)會更加走心一點(diǎn)。當(dāng)撬開屏蔽罩，就可以看到這顆SK海力士生產(chǎn)的內(nèi)存芯片，它下面就是麒麟9000處理器，集成了巴龍5G基帶芯片，在它的周圍還分布著海思自研的hi1105WiFi6芯片，這款芯片是從P40 Pro開始才出現(xiàn)的，替代的是之前的海思Hi1103，在之前的是博通的BCM43596，邊上還有hi6526電源管理芯片和RT9759分壓充電芯片。P50 Pro系列能夠?qū)崿F(xiàn)66W有線快充和50W無線快充，這兩顆芯片起到了關(guān)鍵的作用。還有深圳維普創(chuàng)新的WP5201GC電源芯片，被認(rèn)為大概可能是用于無線充電功能。除了這塊屏蔽罩之外，主板上還有一些屏蔽罩，下面全是芯片。
射頻芯片就是在這一塊的下面，但這塊屏蔽罩是焊死的，雖然理論上可以用熱風(fēng)槍把焊接點(diǎn)吹開，但沒法保證不同步把芯片焊點(diǎn)也吹開。所以在通信方面其實(shí)用到的就是基帶芯片和射頻芯片，基帶芯片做的事就是把SoC里面的基帶信號轉(zhuǎn)成能跟外界通信用的頻帶信號，類似于把專業(yè)術(shù)語轉(zhuǎn)成人民群眾能夠交流的一般的大白話。射頻芯片做的事是把頻帶信號轉(zhuǎn)成特定的頻率，比如說2.4ghz，再通過天線發(fā)送出去。這樣一來其實(shí)問題出在哪里就顯而易見了，因?yàn)槎际趋梓?000，集成的基帶芯片是一樣的，為什么Mate 40可以5G，P50不行呢？那顯然就是射頻芯片不行，射頻芯片其實(shí)是個(gè)芯片組，包含好幾種芯片，主要是收發(fā)器（TX+RX）,功率放大器(PA),濾波器,雙工器(Duplexes)，射頻開關(guān)（Switches）,低噪聲放大器(LNA)等,整個(gè)工作流程大致上是這樣的: 信號從基帶芯片出來后,先是由收發(fā)器的發(fā)射端給它變頻，調(diào)整到一個(gè)合適的信道，也就是頻率，比方說中國移動5G的4.8GHZ。 大家可能會想為何一定要變頻，一方面是因?yàn)轭l段是一種稀缺資源，在歐美這是要電信公司花幾百億上千億買下來獨(dú)占的，在國內(nèi)也是央企付出巨大代價(jià)獨(dú)占的。比方說中國移動的網(wǎng)就只能在中國移動獨(dú)占那幾個(gè)頻道里收發(fā)信息。 二是客觀來說我們生活中的常見信號它的頻率都太低了，對應(yīng)到的波長就會太大。比如說一個(gè)成年男性講話的聲音頻率大概是85到180HZ，就算100HZ。電磁波的速度是光速也就是30萬公里每秒，波速等于頻率乘以波長，算下來就是如果把一個(gè)成年男性講話的信號原封不動地轉(zhuǎn)化成電信號再原封不動的發(fā)送出去，波長大概會在3000公里左右。而天線收發(fā)信號的原理是共振，也就是天線的尺寸要大致跟信號波長在同一量級，3000公里的天線尺寸比北京到烏魯木齊還要遠(yuǎn)，這要做成手機(jī)天線的話所占地區(qū)會非常廣。第二步由功率放大器（PA）把他的功率放大，可以理解為調(diào)節(jié)音量鍵把聲音放大。然后一分為二，一部分信號發(fā)送到雙工器讓雙工器去通知射頻開關(guān)告訴它我現(xiàn)在要發(fā)信號而不是收信號，以避免同時(shí)收發(fā)造成干擾。另一部分傳輸?shù)綖V波器“洗個(gè)澡”洗去身上的雜質(zhì)也是沒有用的頻段的雜波。最終這些干凈的頻帶信號通過射頻開關(guān)后，經(jīng)由天線發(fā)送到基站就完成了信息從手機(jī)到基站的上傳流程。那是不是說整個(gè)射頻芯片組中國離開美國都做不了了呢？答案顯然是否定的，因?yàn)槲覀兯械氖瞻l(fā)信號不管是2G，3G，4G還是WiFi藍(lán)牙都要用到射頻芯片，如果全部都做不了的話那P50就是一臺不能打電話不能上網(wǎng)的磚頭機(jī)了。那就不是靠區(qū)區(qū)一點(diǎn)知識民族企業(yè)自主創(chuàng)新的情懷就能下單了，事實(shí)是在整個(gè)射頻芯片里面只有5G射頻芯片里面的濾波器的環(huán)節(jié)被卡了脖子，而之所以被卡是因?yàn)閺?G到5G中間濾波器出現(xiàn)了一次大的技術(shù)迭代。濾波器行業(yè)從SAW濾波器時(shí)代發(fā)展到了BAW濾波器時(shí)代，這次迭代我們跟上的稍微慢了一點(diǎn)。如果我們翻一翻2018-2019年的時(shí)候那些觀察手機(jī)行業(yè)的態(tài)度，大家其實(shí)對于中美科技戰(zhàn)打起來之后射頻芯片被卡脖子是非常憂慮的。一來就是射頻芯片技術(shù)壁壘很高，之前一直是被美日大潮下Sky works，博通，Qorvo，村田統(tǒng)治的，后來射頻芯片不僅是用在手機(jī)上，只要是收發(fā)信息都要用到射頻芯片，也就是說基站上也要用，這一旦被卡脖子，華為通信業(yè)務(wù)也做不了了，那不瞬間出問題了嗎，如果那時(shí)候說其實(shí)我們射頻芯片領(lǐng)域只有5G濾波器一個(gè)點(diǎn)搞不定，別的3年之內(nèi)全都能脫離美國技術(shù)，大家會覺得是一件天方夜譚的事。但現(xiàn)在事實(shí)擺在我們面前，比當(dāng)初最樂觀的估計(jì)還要樂觀，所以真正令人驚訝的不是為什么5G濾波器會被卡脖子，而是為什么別的地方?jīng)]有被卡？為何我們的射頻芯片產(chǎn)業(yè)如此強(qiáng)大，竟然以一國之力幾乎與那個(gè)叫外國的國家對標(biāo)，這就要提一下射頻元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史了。射頻芯片最早的應(yīng)用場景是在軍事領(lǐng)域，就跟手機(jī)一樣，如果我們想在有限的空間里擁有一個(gè)盡可能強(qiáng)大的雷達(dá)，我們就應(yīng)該用芯片去取代傳統(tǒng)的電子元器件。在美國，射頻芯片技術(shù)在早期基本上都是國防部高級計(jì)劃研究局DARPA一手推動起來的軍工技術(shù)，而在類似這樣與軍事工業(yè)高度相關(guān)的領(lǐng)域，共和國前30年的原則就是美國有的，蘇聯(lián)有的，我們也要有。所以在80年代之前中國的射頻元器件產(chǎn)業(yè)一直都是存在的，有一個(gè)獨(dú)立完整的從材料到設(shè)計(jì)到制造的產(chǎn)業(yè)體系，在遍布全國的實(shí)驗(yàn)室和工廠里面有一大群人拿著不到國外同行1%的工資在堅(jiān)持干這個(gè)事情。雖然我們的技術(shù)不是全球領(lǐng)先的，市場銷量更只有別人的零頭的零頭，但經(jīng)過這幾年的觀察有個(gè)初步的結(jié)論，就是在一個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)積累，很多時(shí)候并不取決于現(xiàn)在的產(chǎn)品是否領(lǐng)先世界，而是在于能否掌握完整的體系，能否從零開始進(jìn)行底層開發(fā)。如果沒有這個(gè)體系，即便現(xiàn)在的產(chǎn)品是領(lǐng)先的，別人一個(gè)操作就能讓你一夜回到解放前，而一旦掌握了這個(gè)體系，如果能連接上巨大的市場就會爆發(fā)出巨大的能量。射頻技術(shù)的進(jìn)步是中國千千萬萬的科學(xué)家和工程師努力的結(jié)果，作為站在中國自主研發(fā)射頻芯片頂端的華為，有著極強(qiáng)的民族擔(dān)當(dāng)。下一篇將為大家講講中國射頻艱辛的研發(fā)史，以史為鑒，相信中國科技企業(yè)的騰飛還將持續(xù)！
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有“鋰”走天下，所以強(qiáng)持奪“鋰”？
