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华为芯片战斗的隐形战场
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发布时间：2021-10-29
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今年旗舰机型的发布会比往年来的稍微晚一些，P50直接从三四月份跳票到了七月底。性能够强，拍照更好，系统更顺滑，完全符合2021年的旗舰机标准的手机，华为在如此封锁的情况下还能做到这个成绩。华为就像那架被打的千疮百孔还在执行任务的伊尔2型攻击机一样都是了不起的战士。但是发布会表示整个P50系列都不支持5G，在这个4G网络很多时候都非常拥堵的今天，5G通信模块显然是旗舰机型的标配，华为的手机怎么会不支持5G呢？经过深度调查后发现，其实这不仅仅是单纯的技术竞争，还是一段中国芯片人自强不息的故事，他们在很短的时间内几乎做到了在射频芯片这一关键卡脖子领域的国产替代，现在华为手机没有5G只是因为还差了最后的临门一脚了。P50处理器有两个版本，用骁龙888处理器的版本不支持5G是可以理解的，因为美国政府不允许。但是为什么华为海思自己的麒麟9000处理器的版本也不支持5G呢？去年的Mate40不是支持的好好的吗？要回答这个问题我们需要简单了解一下手机芯片组的构成。手机里面平时谈的比较多的芯片大概是像高通骁龙888，苹果A14，麒麟9000之类的SoC芯片，也就是集成CPU、GPU的这块芯片，它主要提供的是算力。除此之外其实一台手机里面还有大概100颗芯片，比如管手机外界通信的基带芯片和射频芯片，管存储的内存和闪存芯片， 还有管电的电源管理芯片以及一些解码芯片和驱动芯片。为什么这些都是芯片呢？其实芯片本质上就是在硅片上雕刻电路，这样做远远比用元器件搭电路更省空间和能源，因此在手机这种体积和能源都严重受限的场景下，原则就是能用芯片就用芯片。用麒麟9000版P50Pro为例，把它的背板拆开就可以看到一块被电池和镜头模组挤得小小的结构就是主板，绝大多多数芯片都是安装在这个主板上的，因为主板太小芯片太多了，所以被做成双层结构，这也是最近的一个常见设计，比如Iphone12也是双层主板设计，只是苹果的设计是把芯片夹在两块板中间，这样就非常不利于散热，容易出现一玩大型游戏就降频的问题。 
华为的芯片在两侧朝外的设计会更加走心一点。当撬开屏蔽罩，就可以看到这颗SK海力士生产的内存芯片，它下面就是麒麟9000处理器，集成了巴龙5G基带芯片，在它的周围还分布着海思自研的hi1105WiFi6芯片，这款芯片是从P40 Pro开始才出现的，替代的是之前的海思Hi1103，在之前的是博通的BCM43596，边上还有hi6526电源管理芯片和RT9759分压充电芯片。P50 Pro系列能够实现66W有线快充和50W无线快充，这两颗芯片起到了关键的作用。还有深圳维普创新的WP5201GC电源芯片，被认为大概可能是用于无线充电功能。除了这块屏蔽罩之外，主板上还有一些屏蔽罩，下面全是芯片。
射频芯片就是在这一块的下面，但这块屏蔽罩是焊死的，虽然理论上可以用热风枪把焊接点吹开，但没法保证不同步把芯片焊点也吹开。所以在通信方面其实用到的就是基带芯片和射频芯片，基带芯片做的事就是把SoC里面的基带信号转成能跟外界通信用的频带信号，类似于把专业术语转成人民群众能够交流的一般的大白话。射频芯片做的事是把频带信号转成特定的频率，比如说2.4ghz，再通过天线发送出去。这样一来其实问题出在哪里就显而易见了，因为都是麒麟9000，集成的基带芯片是一样的，为什么Mate 40可以5G，P50不行呢？那显然就是射频芯片不行，射频芯片其实是个芯片组，包含好几种芯片，主要是收发器（TX+RX）,功率放大器(PA),滤波器,双工器(Duplexes)，射频开关（Switches）,低噪声放大器(LNA)等,整个工作流程大致上是这样的: 信号从基带芯片出来后,先是由收发器的发射端给它变频，调整到一个合适的信道，也就是频率，比方说中国移动5G的4.8GHZ。 大家可能会想为何一定要变频，一方面是因为频段是一种稀缺资源，在欧美这是要电信公司花几百亿上千亿买下来独占的，在国内也是央企付出巨大代价独占的。比方说中国移动的网就只能在中国移动独占那几个频道里收发信息。 二是客观来说我们生活中的常见信号它的频率都太低了，对应到的波长就会太大。比如说一个成年男性讲话的声音频率大概是85到180HZ，就算100HZ。电磁波的速度是光速也就是30万公里每秒，波速等于频率乘以波长，算下来就是如果把一个成年男性讲话的信号原封不动地转化成电信号再原封不动的发送出去，波长大概会在3000公里左右。而天线收发信号的原理是共振，也就是天线的尺寸要大致跟信号波长在同一量级，3000公里的天线尺寸比北京到乌鲁木齐还要远，这要做成手机天线的话所占地区会非常广。第二步由功率放大器（PA）把他的功率放大，可以理解为调节音量键把声音放大。然后一分为二，一部分信号发送到双工器让双工器去通知射频开关告诉它我现在要发信号而不是收信号，以避免同时收发造成干扰。另一部分传输到滤波器“洗个澡”洗去身上的杂质也是没有用的频段的杂波。最终这些干净的频带信号通过射频开关后，经由天线发送到基站就完成了信息从手机到基站的上传流程。那是不是说整个射频芯片组中国离开美国都做不了了呢？答案显然是否定的，因为我们所有的收发信号不管是2G，3G，4G还是WiFi蓝牙都要用到射频芯片，如果全部都做不了的话那P50就是一台不能打电话不能上网的砖头机了。那就不是靠区区一点知识民族企业自主创新的情怀就能下单了，事实是在整个射频芯片里面只有5G射频芯片里面的滤波器的环节被卡了脖子，而之所以被卡是因为从4G到5G中间滤波器出现了一次大的技术迭代。滤波器行业从SAW滤波器时代发展到了BAW滤波器时代，这次迭代我们跟上的稍微慢了一点。如果我们翻一翻2018-2019年的时候那些观察手机行业的态度，大家其实对于中美科技战打起来之后射频芯片被卡脖子是非常忧虑的。一来就是射频芯片技术壁垒很高，之前一直是被美日大潮下Sky works，博通，Qorvo，村田统治的，后来射频芯片不仅是用在手机上，只要是收发信息都要用到射频芯片，也就是说基站上也要用，这一旦被卡脖子，华为通信业务也做不了了，那不瞬间出问题了吗，如果那时候说其实我们射频芯片领域只有5G滤波器一个点搞不定，别的3年之内全都能脱离美国技术，大家会觉得是一件天方夜谭的事。但现在事实摆在我们面前，比当初最乐观的估计还要乐观，所以真正令人惊讶的不是为什么5G滤波器会被卡脖子，而是为什么别的地方没有被卡？为何我们的射频芯片产业如此强大，竟然以一国之力几乎与那个叫外国的国家对标，这就要提一下射频元器件产业的发展历史了。射频芯片最早的应用场景是在军事领域，就跟手机一样，如果我们想在有限的空间里拥有一个尽可能强大的雷达，我们就应该用芯片去取代传统的电子元器件。在美国，射频芯片技术在早期基本上都是国防部高级计划研究局DARPA一手推动起来的军工技术，而在类似这样与军事工业高度相关的领域，共和国前30年的原则就是美国有的，苏联有的，我们也要有。所以在80年代之前中国的射频元器件产业一直都是存在的，有一个独立完整的从材料到设计到制造的产业体系，在遍布全国的实验室和工厂里面有一大群人拿着不到国外同行1%的工资在坚持干这个事情。虽然我们的技术不是全球领先的，市场销量更只有别人的零头的零头，但经过这几年的观察有个初步的结论，就是在一个产业的技术积累，很多时候并不取决于现在的产品是否领先世界，而是在于能否掌握完整的体系，能否从零开始进行底层开发。如果没有这个体系，即便现在的产品是领先的，别人一个操作就能让你一夜回到解放前，而一旦掌握了这个体系，如果能连接上巨大的市场就会爆发出巨大的能量。射频技术的进步是中国千千万万的科学家和工程师努力的结果，作为站在中国自主研发射频芯片顶端的华为，有着极强的民族担当。下一篇将为大家讲讲中国射频艰辛的研发史，以史为鉴，相信中国科技企业的腾飞还将持续！
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