5G芯片

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5G芯片

2019-12-03
原文链接:https://wx.zsxq.com/dweb/#/index/454854145828?from=mweb\x26amp;type=joingroup
640?wx_fmt=jpeg来源:Electronic Products、电子工程世界


从无线网络基础设施和基站到智能手机再到物联网设备应用,这些芯片组有望简化向5G通信的过渡。


5G有望提供一个完全互联的移动世界,其市场范围从联网汽车、智能城市、智能手机到物联网(IoT)设备,无处不在。研究人员指出,5G应用的加速需要设备和芯片组厂商的大力支持。令人惊讶的是,芯片制造商在过去几年推出的一系列芯片组和平台,已经为5G这场战役做好了准备。


芯片组包括射频集成电路(RFIC)、系统芯片(SoC)、专用集成电路(ASIC)、蜂窝芯片和毫米波(mmWave)集成电路。这些公司中的许多都在构建调制解调器、RF前端,或两者兼得,其中设计的是低于6 GHz的频谱,并支持100 MHz的信封跟踪(ET)带宽。


5G的快速布局正推动运营商提高对终端用户的预测。爱立信在2019年6月发布的《移动通信报告》(Mobility Report)中称,2018年11月预测的15亿5G用户将逐步递增到2024年底的19亿。GSMA预计,到2025年5G连接数量将达到14亿,占中国和欧洲连接总量的30%左右,占美国连接总量的50%左右。


下面简单介绍一下5G芯片的TOP10。


ADI—5G mmWave芯片组


来自ADI的全新5G mmWave芯片组结合了该公司先进的波束形成芯片、上/下变频(UDC)和额外的混合信号电路。该解决方案被称为mmWave 5G无线网络基础设施规则改变者,具有高集成度,以降低下一代蜂窝网络基础设施的设计要求和复杂性。


这款新型毫米波 5G 芯片组包括 16 通道 ADMV4821 双/单极化波束成形IC、16 通道 ADMV4801 单极化波束成形IC 和 ADMV1017 毫米波 UDC。24至30 GHz波束成形 + UDC解决方案构成了一个符合 3GPP 5G NR 标准的毫米波前端,支持 n261、n257 和 n258 频段。此外,高通道密度加上支持单极化和双极化部署的能力,极大地增强了针对多种5G用例的系统灵活性和可重构性,而同类最佳的等效全向辐射功率 (EIRP)则扩展了无线电覆盖范围和密度。ADI在毫米波技术领域的传统优势使得客户能够利用世界一流的应用及系统设计,从而针对热扩散、RF、功耗和布线等考虑因素优化完整的产品线。


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据ADI介绍,高信道密度和对单偏振和双偏振部署支持的结合,增加了系统的灵活性和可重构性,它可用于多个5G用例,而一流的等效全向辐射功率(EIRP)扩展了无线电范围和密度。


ADI是唯一一家提供“Beams to Bits”信号链能力的公司。ADI公司微波通信部总经理 Karim Hamed 表示,“从头开始设计这些系统会极其困难,需要平衡性能、标准和成本方面的系统级挑战。这款新型解决方案利用了ADI业内一流技术和在 RF、微波和毫米波通信基础设施方面的悠久传承,以及整个RF领域的深厚专业知识,从而可简化客户的设计过程、减少组件总数量,并加快5G部署的步伐。”


联发科5G SoC


联发科瞄准5G旗舰智能手机推出了多模式5G芯片组。7纳米SoC集成联发科Helio M70调制解调器,以及Arm最新的Cortex-A77 CPU、Mali-G77 GPU和联发科先进的AI处理器(APU),以满足5G电源和性能需求。联发科表示,这款集成芯片组专为独立和非独立(SA/NSA)的6- GHz子网络设计,支持从2G到4G的连接,以连接现有网络,同时5G网络在全球铺开。


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Helio M70是唯一具有LTE和5G双连接(EN-DC)的5G调制解调器芯片,支持从2G至5G各代蜂窝网络的多种模式。Helio M70设计符合3GPP Rel-15标准规范,并支持目前的非独立组网(NSA)以及未来的5G独立组网 (SA) 架构,可连接全球5G NR频段与4G LTE频段,同时满足对高功率用户设备(HPUE)和其它基本运营商功能的支持。调制解调器还包括智能节电和综合电源管理,并提供动态带宽切换技术,为特定应用分配5G带宽,将调制解调器电源效率提高50%,延长电池寿命。


全新人工智能处理单元支持更高级的人工智能应用,比如在受试者快速移动时用于成像的去模糊。GPU支持5G速度的极端流媒体和游戏,芯片组还支持4K视频编码/解码在60帧每秒和超高分辨率相机(80mp)。


联发科技Helio M70是业界首批5G多模集成基带芯片组。凭借其多模式解决方案,Helio M70通过全面的电源管理计划简化了5G设备的设计,使厂商能够设计出更小外形、更高能效和外观时尚的移动设备。Helio M70基带芯片现已上市,预计将于2019年下半年出货。


高通modem-to-antenna solution


高通新一代毫米波天线模组QTM525是高通继去年7月推出的首个5G射频模组QTM052的后续产品。相较于前代,它支持更完整的毫米波频段,在原来支持28GHz和39GHz的基础上新增了对26GHz频段的支持;而在加入新频段支持的同时,模组的尺寸并没有增加,总体来说,采用QTM525模组,手机厂商可以将毫米波手机的厚度做到8毫米以下,这基本是目前最轻薄的4G手机厚度。重要的是,天线模组占据的空间越小,设备厂商在部署设备时,就可以将更多的机身内部空间让给其他关键零部件。它和Qualcomm® QPM56xx 6GHz以下射频模组系列可与Qualcomm®骁龙™X50 5G调制解调器配合,共同提供从调制解调器到天线(modem-to-antenna)且跨频段的多项功能,并支持紧凑封装尺寸以适合于移动终端集成。


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Snapdragon X55采用最新的7纳米制造工艺,从10纳米规模缩小,与其他组件的改进相结合,将减少能耗,使第二波5G设备拥有更小的电池。X55也将明显快于其前代产品。在5G模式下,它提供7Gbps的最高下载速度,高于X50的大约5Gbps峰值,加上3Gbps的最高上传速度。在4G网络上,它可以高达2.5Gbps的速度下载,比公司的独立X24 LTE调制解调器快25%。除了支持毫米波和6GHz以下频率之外,它还可以在5G/4G频谱共享模式下运行,因此运营商可以在相同的无线电频率上提供两种类型的服务。与此同时,高通正在推出其第三代5G天线QTM525,专门设计用于内置超过8mm的智能手机。QTM525是针对毫米波特定,但通过为之前的28GHz和39GHz频段增加26GHz支持,性能超越了它的前身。


三星5G射频芯片组


三星电子为5G基站设计的5G mmWave芯片组由RFIC和数字/模拟前端(DAFE) ASIC组成,支持28 ghz和39 ghz频段。三星表示,与之前的解决方案相比,新的射频芯片组减少了5G基站的尺寸、重量和功耗约25%。该公司计划在今年将24 GHz和47 GHz的额外RFIC商业化。


三星开发了自己的DAFE作为ASIC,为5G基站提供了更小的尺寸和更低的功耗。DAFE对数字无线通信至关重要,它提供模拟到数字的转换。


“为了实现超高速的数据速度,5G基站使用了近1000个天线单元和RFIC来利用mmWave频谱,” “在支援缩减基站的规模和耗电量方面,射频消融器起着重要的作用。”


基于28纳米CMOS半导体技术,新的RFIC的带宽已经扩展到最大1.4 GHz,而以前的RFIC是800 MHz。三星将射频功率放大器的尺寸减小了36%,通过降低噪声水平和改善射频功率放大器的线性特性,提高了整体性能。


三星多模式Exynos芯片组


作为三星首款5G调制解调器解决方案,Exynos Modem 5100已于2018年8月完成了商业化准备工作,并成功通过了空中下载(OTA)5G-NR数据调用测试。该调制解调器可通过单个芯片支持几乎所有的网络,其中包括5G 6GHz以下和毫米波(mm Wave)频段、2G GSM/CDMA、3G WCDMA、TD-SCDMA、HSPA和4G LTE网络。为了实现性能的可靠性与节能性,该调制解调器还专门配备了射频收发器Exynos RF 5500与电源调制解决方案Exynos SM 5800。


三星Exynos RF 5500可在单一芯片中支持传统网络与5G-NR 6GHz以下频段网络,使智能手机设计更为灵活,尤其是当今的高端移动设备。作为其中的关键组件,射频收发器让智能手机能够通过蜂窝网络进行数据收发。当智能手机向运营商传输语音或数据时,射频会将调制解调器的基带信号向上转换为高频率范围的蜂窝频率,以便通过连接网络快速发送数据。反之亦然;在接收数据时,射频会将信号向下转换为基带频率,并将其交由调制解调器处理。Exynos RF 5500拥有14条接收路径可供下载,并可支持4×4 MIMO(多输入多输出)与高阶256 QAM(正交振幅调制)方案,以实现5G网络数据传输速率的最大化。


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Exynos SM 5800是一款适用于2G 至5G-NR 6GHz以下网络的低功耗调制解决方案,而且还可支持高达100MHz的包络跟踪(ET)宽带。随着5G时代的到来,我们能够以更快的数据传输速率传输更多的内容,因此,要想实现更长的移动设备电池寿命,保持高效率的射频就显得尤为重要。Exynos SM 5800可根据调制解调器的射频输入信号,动态调节电源电压,从而降低30%的功耗。借助先进的电源优化ET解决方案,数据能够在速度惊人的5G网络上得以更高效、更可靠的传输。


随着行业的整体发展、5G网络优势的不断展现,三星将进一步推动移动通信技术的创新(包括射频收发器、毫米波相位排列解决方案,以及5G嵌入式移动处理器),进而促进移动设备全新应用程序与新兴产业的发展。


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而三星也率先推出了5G手机,目前三星最新的旗舰机型Galaxy S10系列中的Galaxy S10 5G版本已经在海外开售,成为5G时代的先头兵。Galaxy S10 5G版本除了在5G技术方面的领先,在拍照方面也进行了全新升级。在国际知名相机评测机构DxOMark给出的评分中显示,三星Galaxy S10 5G版前置摄像头获得了97分,后置相机评分更高达112分,综合排名第一。可见,三星力求为消费者带来全方位更优秀的产品和使用体验。


U-blox SARA-R5系列


u-blox公司针对低功耗广域(LPWA)物联网应用推出全新SARA-R5系列LTE-M和NB-IoT模块。这是一款具备极高创新性、可靠性与集成度的蜂窝产品。该模块基于UBX-R5蜂窝芯片组和M8 GNSS定位芯片而量身定制,进一步提升端到端安全性及产品生命周期,对于有着较长部署周期需求的物联网应用而言,SARA-R5可谓是理想选择。


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SARA-R5为物联网连接建立了全新的基准。U-blox创新地在UBX-R5芯片组的独立安全元件中,成功集成基于硬件需求而定制的可信根(Root of Trust),以确保从芯片到云端的通信更加安全可靠。


随着行动网路业者宣布其部署5G网路的计划,是否适用于5G已成为选择蜂巢式通讯模组的关键因素,LTE-M和NB-IoT可与5G网路向前相容。透过导入3GPP Release 14中的重要LTE-M和NB-IoT特性,SARA-R5只需对已部署的装置进行软体升级,就可以帮助客户顺利转换到5G。


Xilinx 集成RF信号链

Zynq UltraScale+RFSoC系列


Zynq UltraScale+ RFSoC系列是通过一个突破性的架构将RF信号链集成在一个单芯片SoC中,致力于加速5G无线、有线Remote-PHY及其它应用的实现。基于16nm UltraScale+ MPSoC架构的All Programmable RFSoC在单芯片上集成 RF 数据转换器,可将系统功耗和封装尺寸减少最高达 50%-70%,而且其软判决纠错编码技术(SD-FEC)内核可满足5G和DOCSIS 3.1标准要求。


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Zynq RFSoC将RF数据转换器、SD-FEC内核以及高性能16nm UltraScale+可编程逻辑和ARM®多处理系统完美集成在一起打造出了一个全面的模数信号链。射频-数字信号调节与处理通常分派给不同的独立子系统中,但Zynq UltraScale+ RFSoC将模拟、数字和嵌入式软件设计集成到单个单芯片器件上,实现了高度的系统稳健性。


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Zynq UltraScale+ RFSoC器件能为下一代无线基础架构提供带宽密集型系统。如果没有系统级的突破,5倍带宽、100倍用户数据速率、1000倍网络容量等在内的5G要求均无法实现。Zynq UltraScale+ RFSoC集成了分立式RF数据转换器和信号链优化技术,这样Massive-MIMO的远端射频单元、无线回程和固定无线访问不仅可实现高信道密度,而且还能将功耗和封装尺寸减小50%-75%。在5G基带应用中,多个集成SD-FEC内核相对于软核实现方案而言,可将系统吞吐量提升10-20倍,并可满足严格的功耗和散热要求。


Skyworks发布Sky5平台助力5G全球通信


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Skyworks推出的Sky5解决方案将支持5G无线通信,并在移动和物联网(IoT)生态系统中实现众多新和以前不可思议的应用。凭借几十年为上一代无线标准开发创新连接平台的经验,Skyworks正在利用其庞大的技术组合,系统专业知识,领导能力以及强大的客户关系来引导全球加速5G的部署。更具体地说,Skyworks的Sky5解决方案包含了针对全球要求最苛刻的无线终端市场的高度创新的发射和接收系统。


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Skyworks 正在利用其庞大的技术组合来满足低、中、高和超高蜂窝频带的要求。除增强的载波聚合和双连接 (4G/5G)外,所有Sky5™ 解决方案均支持新的5G波形和 频谱,同时提供卓越的集成度和性能。它们还提供 MIPI®接口,具有高度灵活性和可定制架构,可通过 100 MHz CP-OFDM 调制实现更高的性能、占位面积和功率效率。其产品包括:5G NR功率放大器模块、 5G NR 分集接收模块、具有 2 级功率和集成增益控制的蜂窝式车辆对万物 (C-V2X) 前端模块、带有集成旁路和可变增益低噪声放大器的许可协助接入接收模块。


Skyworks移动营销高级总监Kevin Walsh在当天活动上告诉我们,对于5G射频而言,它并非是完全取代4G,而是在4G的基础上叠加一些5G器件。“因此对客户来说,板件面积会成一个很大的问题。


作为全球前三大射频器件供应商,Skyworks公司每年大约60%-70%的收入来自于手机终端,包括苹果、三星和国内主要手机厂商在内均为其合作伙伴。而Skyworks所做器件主要集中在平台transceiver和天线之间,其中包括PA、射频开关和滤波器等。


Marvell端到端5G平台


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Marvell提供了一个灵活的端到端优化的5G平台,以加速5G NR系统的开发和全球运营商的部署。在高度分布、超低延迟的网络中,越来越多的决策将是在边缘侧而非网络核心做出。Marvell提供的多接入边缘计算解决方案,整合了先进的应用处理器、安全交换机芯片以及PHY等方案,针对边缘分析、威胁检测和自主决策的技术,已经走在了行业的前列。Marvell 提供的5G NR平台包括:


无线接入 SoC:Marvell屡获殊荣的OCTEON Fusion-M系列产品进一步优化了成本和能耗,并可通过编程实现 3GPP 协议栈分割和超大规模的MIMO。Marvell的 SoC 借助关键行业合作伙伴的积极部署,为 LTE-A 和 5G NR 设定了性能标杆。


传输/EPC核心处理器:如今,多核OCTEON处理器已经为全球超过1000 万个基站的传输层提供支持。基于这些丰富且经过验证的技术积累,Marvell 为要求最严苛的 5G NR 使用场景提供差异化的产品。Marvell 采用可扩展数据平面加速,这使其嵌入式处理器成为在网络核心实现5G Core/EPC应用的理想选择。随着行业不断转向虚拟化和分层化拓扑结构,Marvell 为传输和 EPC核心网提供了独特的统一架构。


以太网络:作为以太网交换机和物理层设备的顶尖供应商,Marvell 已经将其系统级专业能力拓展到运营商基础设施网络中的交换机与PHY 领域。Marvell Prestera 交换机包含了要求严苛的移动基础设施环境所需的分层流量管理功能。此外,Marvell 的差异化交换机解决方案能够实现先进的流量识别与访问控制,以确保用户层面的安全性。


基于Arm架构的ThunderX2 服务器:随着NFV和云部署重要性的逐步增加,Marvell 已推出针对工作负载优化的ThunderX2 服务器处理器,进一步丰富了其 5G 产品组合。这些极具创新力的解决方案将在下一代运营商网络的部署中起到关键作用。将类似PDCP这样的传统功能迁移到云端适用于ThunderX2架构。


博通端到端5G移动网络交换机


博通提供了一个完整的5G交换组合,旨在支持端到端网络的部署,将所有无线电和固定线路通信整合到一个标准的基于以太网的基础设施上。这六种设备——Monterey、Quartz、Qumran2a、Jericho2、Jericho2c和Ramon——是为容量大于100 Tbit /s的交换机设计的,提供了满足基于以太网的5G NR和基站要求所需的完整功能集。移动网络芯片是专门为满足网络各部分的需求而设计的:前端、中段和后端传输。


Qumran2a是为中程应用程序而设计,包括网络切片、纳秒级精度同步、TSN和FlexE接口等功能,符合切片包网络(SPN)和ITU G. MTN(Metro Transport Network)规范。Jericho2、Jericho2c和Ramon都是为回程传输而设计的,支持低延迟、TSN的交换平台,可扩展到超过100Tbit/s容量的传输,并支持完整的5G功能集,该功能与基于qumran2的中程网络无缝集成。


所有产品都通过Broadcom软件开发工具包(SDK)与Broadcom其他交换产品共享一组公共应用程序编程接口(API)。这些设备还被设计成无缝连接,以满足5G成本、容量和性能要求。

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