5G对终端内配套芯片如何平衡功耗和系统散热的问题?

作者:电工吧 日期:2020-09-06 08:32:55 人气: 栏目:市场动态

在南京2020世界半导体大会5G产业链协同创芯论坛上,赛迪顾问集成电路研究中心副总经理滕冉发表主题为“中国5G芯片产业现状及发展趋势”的演讲。

5G对终端内配套芯片如何平衡功耗和系统散热的问题?

滕冉在演讲中表示,2018年是全球5G通信产业走上快车道的一年,截至2019年8月,全球共有98个国家的293家运营商已经开始对5G网络的投资,预计投资总额已超过数十亿美元。

中国5G网络建设如火如荼,开始具备行业话语权。我国是国际上率先发布5G系统中频段频率使用规划的国家,基础设施方面,截至2019年7月22日,华为已与全球通信运营商签订50份5G商用合同。智能手机方面,2018年,华为、小米和OPPO公司的智能手机出货量均排名全球前五。

速度、时延、带宽和能耗这四大关键技术指标推动5G通信快速发展。其中,基带芯片作为手机中重要组成部分,决定了通话质量的优劣、网速的快慢、信号的强弱,直接影响用户体验。据Strategy Analytics数据显示,基带芯片市场规模将从2018年的215亿美元成长至2023年的328亿美元,复合年均增长率(CAGR)为8.2%。

对于基带芯片的演进趋势,滕冉从三个方面进行分析:

从标准方面来看,相比4G,5G的研发是颠覆性的。以前的芯片研发过程是根据标准自上而下的设计。到了5G时代,并没有统一的标准,在这期间,对于研发而言,需一边参与解读5G标准,一边开展5G研发。

从技术端方面来看,5G的终端复杂性比4G更高。5G的运算复杂度比4G提高了近10倍,存储量提高了5倍。同时还得保证多种通信模式的兼容支持,以及各个运营商组网的需求。目前国内4G手机所需要支持的模式已经达到6模,到5G时代会是7模,可以说测试一颗芯片要跑遍全球运营商。

从功耗方面来看,5G的功耗也是一个必须攻克的难题。5G终端的处理能力是4G的5倍以上,但随之而来是如何平衡功耗和系统散热的问题。因此在做芯片设计的时候,一方面通过提升制程工艺来降低功耗,另一方面在芯片方案中加大电池容量和充电能力,同时匹配快充功能。

除了基带外,无线通信还包括天线、射频前端、射频收发,其中射频前端是移动终端通信的核心组件。射频前端由射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等组成。

在移动终端稳定出货的背景下,射频前端芯片行业的市场规模持续快速增长。根据统计,从2010年至2017年全球射频前端市场规模以每年约13%的速度增长,2017年达130.38亿美元,2020年将近190亿美元,CAGR超13%。

各个组件的增速不尽相同,滤波器作为RF前端行业最大市场,市场空间将从2017年的80亿美元增长到2023年的225亿美元,年化增长18%。这一增长主要来自高质量BAW滤波器的显著渗透。PA的市场空间将会从50亿美元增长到70亿美元,年化增长7%,主要是高端和超高频段PA市场的增长,弥补2G/3G市场的萎缩。

滕冉介绍了几个主要射频前端器件的发展情况。射频滤波器方面,未来TC-SAW、BAW、FBAR等高端滤波器占比将不断提高。根据高通数据,2018年全球射频滤波器市场规模88.59亿美元,同比增长19.89%,预计2023年市场规模超过210亿美元。

射频PA方面,未来应用于5G的射频PA的功率将达到120W,效率要达到80%。根据Yole数据,2018年全球射频PA市场规模49.21亿美元,同比增长6.84%,预计2023年全球市场规模超70亿美元。

射频开关方面,根据QYR Electronics Research Center的数据,2018年全球射频开关市场规模达到16.54亿美元,2023年预计超过30亿美元。

低噪声放大器方面,根据QYR数据,2018年全球射频低噪声放大器市场规模达14.21亿美元,随着5G手机天线数量和射频通路的增加,2020年迎来增速的高峰。

滕冉认为5G手机射频芯片的演进趋势主要有三点:缩小面积的半导体工艺、先进的封装技术、增加组件的物理集成。

最后,滕冉表示,除了基带和射频芯片的更新,5G对终端内配套芯片的升级也有显著的带动作用。5G的高速特性将显著提升终端设备的数据吞吐量,不论是数据缓存还是存储都需要配套更大容量的存储芯片。未来随着5G的逐步渗透,手机等终端设备的存储容量有望迎来配套升级,相应地提升高价值量存储芯片的占比。
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