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    5G R17帶來的芯片機會

    2021-08-16
    來源:半導體行業觀察
    關鍵詞: 5G R17

      隨著5G無線通信的推廣,其標準也在不斷演進。5G在最初的標準中,定義了三大類應用,即用于高性功能通信場景的大寬帶高速互聯eMBB,用于可靠低延遲通信的URLLC,以及用于超大通信覆蓋面積,主要針對低成本IoT應用的LPWA。這三類應用覆蓋并賦能了大量新的應用場景,包括手機、工業、IoT的等等。而在明年即將正式發布的最新5G標準(3GPP Release 17)中,則定義了一種更細化的新5G標準,即Reduced Capacity(RedCap,意為“低容量”),主要針對對于通信帶寬有一定需求,但是同時對于成本也有要求的應用場景,例如可穿戴設備。

      從標準的定義上來看,5G RedCap最主要的不同包括:

      帶寬較?。合鄬τ谥暗?00MHz(FR1)/200MHz (FR2)帶寬,RedCap的帶寬為20MHz(FR1)/100MHz(FR2)。

    調制方式較為簡單:RedCap使用64QAM,相比之前的256QAM調制方式來說有顯著簡化,這意味著無論是射頻部分還是基帶部分的要求都有所降低。

    MIMO簡化:RedCap通常只使用單個射頻鏈路,而傳統5G需要使用2-4層MIMO

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      RedCap的帶寬雖然較傳統5G要小,但是它的碼率并不低,其下行和上行碼率在單鏈路20MHz帶寬的情況下可達75/50 Mbps。相對地,4G LTE Cat1在使用20MHz帶寬的時候,其下行和上行碼率則只有10/5Mbps,可見相對于4G LTE Cat1來說,RedCap的數據率仍然有顯著提升。

      另一方面,相對于傳統5G來說,RedCap的鏈路復雜度和成本則有明顯改善。通過簡化射頻鏈路數量并簡化MIMO和調制方式,RedCap的成本根據3GPP的估計可以減小2-5倍。另外,在RedCap標準中還引入了一些節省功耗的手段(例如延長喚醒間隔),這也將能減小使用RedCap設備的功耗。

      5G RedCap帶來的新市場機會

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      如前所述,5G RedCap主要針對的是對于帶寬、功耗、成本等需求都基于eMBB和LPWA之間的應用:它的帶寬和通信碼率低于eMBB,但是遠高于LPWA;它的功耗和成本高于LPWA,但是卻又遠低于eMBB。目前來看,這樣的需求介于中間的應用主要是可穿戴設備,以及安防等應用使用的視頻監控。

      以智能手表為例的可穿戴設備是RedCap的主要目標市場之一。目前,市面上的支持蜂窩通信的可穿戴智能手表中,通常使用LTE(主要用于高端手表例如Apple Watch)或更早的標準(例如3G甚至2G GSM,通常用于中低端手表),但是這樣的標準難以滿足未來智能手表對于通信速度的需求。例如,目前已經有智能手表支持視頻通話,而未來這樣的需求可能會越來越多,因此對于蜂窩無線通信的速度會有越來越高的需求,而RedCap所支持的下行75Mbps的碼率將能更好地支持類似的多媒體應用。更重要的是,視頻通話不僅僅需要較高的下行碼率,對于上行碼率也有需求,而RedCap在上行碼率上擁有相對LTE cat1高達10倍的提升,因此將會成為相關應用較好的選擇。

      另一方面,可穿戴設備對于復雜度、功耗和成本也有其考量。5G RedCap需要的射頻通信鏈路較為簡單,需要的天線數目較傳統5G要少,因此能更好地滿足可穿戴設備對于尺寸的需求,同時5G RedCap在成本上和功耗上的優勢也會給可穿戴設備帶來很大幫助。我們認為,隨著5G RedCap在可穿戴設備上的推廣開,我們會看到以智能手表為代表的的新一代可穿戴設備進一步智能化(例如可以在5G RedCap較高通信碼率和較低延遲的支持下運行在云端的人工智能算法)和多媒體化(例如更高質量的視頻通話)。

      5G RedCap的另一大應用是以安防為代表的的視頻監控應用。在這類視頻監控應用中,最關鍵的需求是可靠性以及上行碼率,同時對于成本也有一定考量。5G RedCap在提供可靠的通信覆蓋的同時,其主要優勢在于能提供足夠的上行碼率(50Mbps可以支持高清視頻傳輸),同時復雜度也相較于之前的方案(LTE Cat 4)大大改善。我們認為,5G RedCap也將會對于各種智能監控,尤其是在大規模野外部署的監控(例如用于智能農業的視頻監控),起到很強的助推作用,從而讓5G能更好地服務于這些下一代智能行業應用。

      芯片競爭格局

      5G RedCap將會為5G打開全新的市場,因此可望會成為芯片公司的爭奪目標。首先,我們可以大概預估支持5G RedCap的modem芯片的上市時間,為此我們可以參考之前第一版5G標準發布和之后的芯片上市時間:5G第一版標準于2018年第一季度正式發布,而此后modem芯片首發時間大約是2019年第三季度(高通 X50)和第四季度(高通X55,三星 Exynos S5100,聯發科Dimensity 700);而5G RedCap預計于2022年第二季度發布,因此我們估計芯片將于2023年第四季度左右上市,因此我們最早可能會在2024年左右看到使用5G RedCap的可穿戴設備。

      在5G RedCap的芯片競賽中,目前高通是聲勢最大的。在今年六月底于巴塞羅那舉辦的世界移動技術大會(Mobile World Congress)中,高通已經展示了其5G RedCap的原型系統。我們估計高通也將延續其在競爭中首先推出X50 5G modem的勢頭,可能在2023年首先推出支持5G RedCap的modem芯片。

      除了高通之外,三星估計也會在5G RedCap芯片競賽中扮演重要角色。三星的智能手表目前在全球智能手表的市場占有率名列前茅,為了牢牢占據5G智能手表的市場,我們估計三星支持5G RedCap的芯片也將會在2023到2024年搭配其相關產品一起推出。相對而言,目前智能手表出貨量最大的蘋果是否會使用自研的5G RedCap芯片則存在一定的不確定性。蘋果確實在大力發展其自研無線通信芯片團隊,但是其5G智能手表是否會首先使用自研的5G RedCap芯片還是會直接采購其他廠商的產品(例如高通),目前的信息還不足夠我們做出一個較好的判斷。另外,中國臺灣地區的聯發科預計也將會在相應的時間點推出相應產品。

      中國大陸的芯片公司在5G RedCap領域也有很不錯的機會。從技術上來說,5G RedCap芯片的復雜度略低,設計門檻總體來說要低于5G eMMB產品,同時需要的半導體工藝節點也不一定要最先進的節點。中國公司同時也有動力去牢牢抓住5G RedCap市場:目前在全球智能手表市場中,華為和三星以8%的份額并列第二,因此我們認為自研5G RedCap芯片對于華為來說將會成為一個能實現差異化競爭的重要砝碼。同時,由于5G RedCap需要的射頻前端復雜度預期會比傳統5G要低,加之目前離正式上市還有3年時間,我們可能可以樂觀地估計到2024年華為有機會能推出基于自研芯片加上國產化射頻前端方案的5G RedCap智能手表。此外,智能視頻監控領域的5G RedCap對于華為來說也將是一個重要的市場,同時由于視頻監控對于功耗的需求相對較為寬松,這更加保證華為即使只能使用成熟工藝(例如16nm)也能設計出符合需求的5G RedCap芯片。因此,我們對于華為在5G RedCap芯片領域的前景持較為樂觀的態度。除了華為之外,由于5G RedCap的市場很大,中國大陸的其他無線通信芯片公司(例如紫光展銳)和射頻前端廠商都有希望在未來推出相關產品,以幫助中國大陸的芯片行業真正在5G終端領域的新興市場和應用中站穩腳跟,并且逐漸向更高端的市場繼續發力。

      



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