满足5G标准需求 厂商加速半导体技术布局

5G NR是5G的先行标准，其开发方式相当多元。数据来源：Qualcomm

随着标准的逐一提出与底定，5G的商转时间也逐渐逼近。凭藉高网速低功耗的传输特色，5G在IT产业的定位不仅止于3G与4G的手机应用，其应用触角将会延伸到物联网、车联网、智能交通、智能医疗、工业4.0等，成为智能城市系统的核心网络，其商机将远远超过现在的4G，也因此各大半导体厂商在过去几年即已开始布局，投入相关技术的研发。

5G的主要应用被设定在eMBB、MIoT与MCC等3大面向，其中eMBB是强化移动设备的上网速度；MIoT则是锁定在物联网领域，让系统中的前端无线传感节点可与5G基站连结；MCC为有高实时性需求如制造系统、交通基础建设、医疗等领域。

就发展轨迹来看，上述3大应用面向在目前的4G已略见雏形，不过在5G时代，这些应用将会被进一步确立与扩展。不过也由于应用不断被提出，5G从被提出至今，各类型技术提案与标准制定一直未能底定，而为避免因标准难产导致商转时期被延宕，业界开始推动Pre 5G技术，5G NR(New Radio)就是其一。

相较于原来将eMBB、MIoT与MCC等3大领域同时纳入的做法，5G NR则先具焦在eMBB上，由于此一应用延续现在的4G市场，其目标族群明确、商机也最大，因此有助于此技术的发展，至于另外两大应用，虽然未来成长潜力惊人，不过仍需等待其生态链的建立，因此现在并不急着投入。

作为Pre 5G角色，5G NR的最重要目标就是要让要让市场先动起来，待标准全面底定并商转后再与5G兼容，也就是说，5G NR所采用的射频标准，包括调变、编码等，都会是未来5G所用，由于这种「预兼容」的做法，不像一般标准制定因需与之前标准兼容，在没有过去包袱的情况下，可完全以未来的应用为设想，制定出全新标准，加速5G的落地商转时程。

5G NR虽以是5G的先行标准，不过对3GPP组织来说，显然还不够快，该组织再将5G NR拆成单独型(Standalone；SA)与非单独型(Non-Standalone；NSA)两种，让后者先一步上路。

这两者的做法差异在与LTE基站的使用，单独型是由5G NR基站负责所有运作；非单独型则是由LTE基站负责手机与用户端的通讯协调，5G NR基站只提供更高速度的数据传输服务，透过4G与5G的混用，让5G NR可以提早一步上路。

对电信运作商、系统业者与消费大众来说，5G NR可提早落实5G的应用，不过对芯片设计者来说，技术面有其难度。现行的LTE频谱多在6GHz以下，但为了拓展应用，5G将频谱制定在6？100GHz，此一作法大幅提升了5G射频芯片的设计难度。

过去每一代通讯标准的问世，都对射频芯片带来严苛挑战，历经几次发展，其历程大多一致，在初期都是以高技术难度、高成本、高功耗、低良率、低整合的方式进行，随者市场量确定与技术突破，高良率、高整合、低成本、低功耗的SoC与芯片组才会出现，目前看来5G NR也会走上相同之路。

再从技术面来看，5G NR将载波聚合(Carrier Aggregation；CA)进一步应用，此技术过去主要作为同为LTE的通道带宽聚合之用，后来的LTE-U/LAA将Wi-Fi也纳入，5G NR则是用相同方式，将5G与LTE聚合，由于目前全球以有多数电信营运商透过载波聚合技术，提升手机上网速度，因此LAA (Licensed Assisted Access；授权辅助接取)与5G NR的复制使用，将可让带宽速率加快，有助于其实用时程的提前。

除了IC设计之外，5G也带来了半导体制程的变动，为求效能与功耗，过去高频通讯芯片都会采用化合物半导体制程，包括氮化镓(GaN)、碳化矽(SiC)、砷化镓(GaAs)等，一直到市场成熟后与制程技术突破后，才会采用块矽(Bulk-Si CMOS)矽基板与CMOS结构技术，让成本下降并提高整合度。

在5G发展初期也会是如此，尤其是诉求高传输速度与低延迟而采用高频段的eMBB应用，由于高传输速度会产生高功耗，而eMBB的主要设备多为对功耗敏感性较高的手机、笔记本电脑等，因此化合物半导体在5G时代中将有进一步成长。

就目前市场发展来看，5G NR的时程已经确立，为抢夺庞大商机，各芯片厂商也加快布局速度，全球通讯大厂高通(Qualcomm)在2017年推出Snapdragon X50 5G基带芯片后，2018年初的MWC又宣布将Snapdragon X24 LTE基带芯片送样，Snapdragon X24 LTE的主要特色是在下行链路支持7个载波聚合，由于其中5个聚合的LTE载波可支持4X4 MIMO，因此LTE共存空间流可达20个，这也让搭载此芯片的设备，可充分利用电信营运商所提供的频谱资源。

另一通讯大厂ADI(亚德诺)则是同时强化低频与高频的技术研发，采用大规模天线阵列技术的5G，在整合度与带宽方面，对射频芯片都有更高要求，因此在毫米波(mmWave)频段，可提高整合度同时降低成本的SiGe制程将取代GaAs，而ADI就以SiGe制程推出毫米波射频解决方案。

在低频部分，其整合度和成本也是射频前端的设计重点，尤其是新分配到的4.9GHz频段，其射频元件的效能与成熟度仍有提升空间，在这方面，ADI则推出了高整合与低功耗的射频全信号链整合产品。

至于Intel则以多模基带Intel XMM 8000与Intel XMM 8060两大产品为主，前者可运行于中低频的6GHz与高频段的毫米波，应用领域除了PC、手机等消费性设备，无线通讯用户端设备(CPE)与汽车也可使用。Intel XMM 8060则为多模设计，可支持包括5G NSA、SA与其他长距离无线通讯标准，此产品预计在2019年中才会搭配客户产品推出。

除了欧美大厂外，台湾与国内通讯大厂的动作也相当积极，在2018的COMPUTEX的记者会上，联发科宣布推出首款5G数据芯片M70，并预计2019年将有机会看见搭载联发科5G数据芯片的产品推出。

不过总经理陈冠州也指出，M70是独立型芯片，未来要在市场上放量，还是必须依赖与单芯片整合的数据芯片，至于华为则是在2018年MWC上发布了首款5G商用芯片-巴龙5G01(Balong 5G01)和5G商用终端–华为5G CPE，5G智能手机则预计将在2019年上市。

就整体发展来看，由于5G的应用繁多，芯片的设计也将更趋复杂，包括各种天线共享、多功能模块的整合，对芯片性能与体积都会有所影响，不过随着技术的持续突破，目前多数大厂的产品都渐趋完备，5G的落地商转愿景将会在近期落地实现。