5G基带芯片苹果又难产了

0 电子工程专辑 2023-11-20 10:48:50

摘要：

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。

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。

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。

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。

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。

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。