5G通信芯片发展与零售新机遇
零售技术研究院高级研究员 黄程韦 博士
零售技术研究院院长 王俊杰
苏宁技术研究院院长 冀怀远
一、 5G行业趋势分析
1、5G技术推动零售行业新发展
2019年6月6日，工信部正式发放5G牌照，伴随着基础通信网络的技术革新，5G在零售行业的商业应用前景也越来越清晰。5G技术赋能智慧零售，满足更多的零售业务需求，为用户提供更好的服务。
中国是推动和采用5G技术最积极的国家之一。根据中国信息通信研究院（CAICT）的数据，2020年至2030年，中国大陆5G移动网络的总投资额预计将达2.8万亿元人民币（合4110亿美元），其中2023年的投资额有望达到3133亿元人民币的最高峰。
5G的潜在能力包括每秒20Gb的最大下行链路流量、每秒10Gb的最大上行链路流量、低于5毫秒的从端点到无线接入网（RAN）等待时间，以及每平方千米内100万件设备互联。5G技术对零售行业可能产生深远的影响，创造出新的零售商业模式。
5G技术让更大容量的信息以更迅速的方式触达供应链的各端，为智慧零售带来新的发展。5G技术将开启万物互联的时代，促使IoT技术渗透到各个零售应用场景中。更加全面的购物信息被获取，海量信息汇聚形成具有应用价值的零售数据链，使得人工智能等认知技术在零售行业中有了更多的切入点。在未来，更多的5G应用将需要核心计算芯片的支持。
2. 5G手机成为消费电子新风口
作为竞争最激烈的消费电子领域之一，手机市场瞬息万变，5G的到来恰恰成为了手机市场的一个新风口。随着运营商5G基站建设规模的不断扩大，必然会迎来一个巨大的5G换机浪潮，其中蕴含着巨大的经济效益。5G手机将给消费者带来超快体验，例如，能够更加流畅的观看蓝光电影，几十GB的文件都可以迅捷地下载到本地。
5G手机之争，关键之一是5G芯片。目前，全球各手机芯片厂商展开了5G芯片竞赛。高通、英特尔、华为、联发科、紫光展锐等纷纷发布它们的5G芯片计划，希望把握商用5G的机遇，提供5G芯片。这将决定它们在芯片市场的格局。
支持5G的智能手机和其他消费设备有望推动5G芯片市场的增长。然而，组网的密集化和频谱分配的碎片化带来硬件成本的提高，可能阻碍市场的发展。
苏宁零售技术研究院预测，由于对定制芯片的需求增加，到2020年，ASIC将占据最大的市场份额，约占总收入的50%。就地区而言，预计亚太地区的复合年增长率最高，其次是北美地区。点播视频服务和物联网的增长将进一步推动亚太地区市场的增长。
图片来自互联网
二、5G 芯片发展现状
1、新的芯片垄断可能形成
5G技术的零售行业应用离不开5G芯片的研发，全球的芯片制造商正在加速推进移动端芯片和基站芯片的商业化，以支撑5G创新业务的落地。
从5G的技术需求上看，5G需要实现更高的传输速率，更可靠的连接，并且在高速移动中保证网络连接速率，以满足诸多应用场景的需求。5G的三大应用场景 —— eMBB：Enhanced Mobile Broadband，增强移动宽带；uRLLC：Ultra-Reliable Low latency Communications，高可靠性低时延连接；mMTC：Massive Machine Type Communication，大规模物联网设备接入，能够拉动芯片发展需求，为了满足新的应用场景，移动端和基站端的专用通信芯片需要被重新设计和生产。
从行业巨头的动态看，华为、高通、英特尔、三星等厂商正在抢占5G芯片的行业主导权，多款5G专用芯片已经面市——在下一节中我们将具体介绍移动端和基站端的现有芯片。
从核心技术的发展看，新的芯片技术垄断正在形成。面向高频应用的BAW（Bulk Acoustic Wave）滤波器和FBAR（thin-film bulk acoustic resonator）滤波器专利技术存在垄断，关键装备及材料方面存在供应来源的垄断[1]。
虽然华为等代表性企业正在逐渐掌握5G芯片核心技术，然而，相比较而言，我国的5G芯片产业链基础尚且较为薄弱，在设计、制造、封测、装备材料等环节与世界先进水平存在一定的差距。
图 1 5G芯片产业现状分析
2、基带芯片成为关键之一
华为消费者业务CEO余承东在2019世界移动通信大会上指出，华为5G多模终端芯片——巴龙5000，可以用两倍于竞争对手高通X50的速度下载，而且不只是展示，已经进入到实际应用层面。这款芯片将用于华为的5G手机中，保证华为手机的速度领先于竞争对手。
高通公司今年2月份宣布推出全球第二代5G基带芯片骁龙X55（Snapdragon X55），预计骁龙X55的商用终端最早将于今年年底开始供货。5G基带芯片X55最主要的特点是覆盖5G到2G多模全部主要频段，支持独立（SA）和非独立（NSA）网络部署。此外，它还是全球首款实现7Gbps速率的5G基带芯片，此前的第一代X50仅支持最高5Gbps下载速率。
5G芯片比4G芯片覆盖了更高的频段，制造商需要能够覆盖 Sub-6GHz 到毫米波频率的芯片设计能力。新的毫米波工作频段、更宽的传输带宽、低功耗等新技术指标将对5G芯片的设计、测试和优化提出新的挑战。包括：元器件集成、芯片设计、高速数字接口、天线设计、外设、处理器等关键环节。
在5G移动端芯片中，基带芯片是关键。移动端无论是接收还是传输信号都需要经过基带芯片，其性能好坏直接影响到移动端的下载速度和上传速度上。
5G的高密度连接、低功耗特点，将催生物联网的广泛应用。因此，需要配备基带芯片的联网设备不仅仅是手机，未来的智慧家居、智慧物流、自动驾驶汽车、智慧家电、可穿戴传感器、公共设施等，都需要基带芯片。5G基带芯片将成为信息行业的制高点之一，零售及传统行业的创新业务、数字化变革，都绕不开5G基带芯片这一项核心技术壁垒。
3、基站芯片创新空间广阔
2019年1月24日 华为在北京举办5G发布会暨2019世界移动大会预沟通会，发布了全球首款5G 基站核心芯片——华为天罡， 致力打造极简5G，助推全球5G大规模快速部署。目前，华为已经获得30个5G商用合同，25,000多个5G基站已发往世界各地。
该芯片具有极高的集成度，支持大规模有源功放和无源器件；具有极强的算力，支持波束成形算法；具有极宽的频谱，支持200M运营商频谱带宽，满足未来的扩充需要；具有很小的尺寸和很轻的重量，相比4G标准的基站，能够有效节省安装时间[2]。
数字化大师尼古拉斯·尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）与华为总裁任正非在“A Coffee with Ren”的访谈节目中深入的探讨了通信前沿技术的发展，尼葛洛庞帝预测，未来通信技术与生物工程结合，播下一颗种子，就能在荒漠里生长出一个无线通信基站。
苏宁零售技术研究院认为，这种近乎科幻的预测，从理论上分析，实现的关键可能有两个方面，一是通过光合作用提供能量来源，二是通过控制植物生长形态构成天线效应。基站芯片的未来具有很大的发展空间和想象空间；同样，零售技术的未来，也可能呈现出多种交叉领域技术融合发展的态势，生物技术、量子技术都有可能和芯片技术相结合。
4、5G芯片成本存在挑战
5G射频前端模块的成本过高，成为制约5G芯片成本的一个重要因素，在近期可能影响到5G零售创新业务的大范围落地推广。
5G移动通信技术中创造性的使用了毫米波波段，与中低频集成电路比较，毫米波集成电路具有更高的技术难度。由于高频信号在电磁特性上更加容易受到干扰，将基础的毫米波功能器件，集成为超大规模的集成电路的难度更大，导致5G芯片的成本比4G芯片更高。5G的到来，对材料、外形尺寸、工业设计、散热和辐射功率的监管等方面带来了挑战。
如何有效降低芯片成本是行业落地中的一个亟待解决的问题，诸多零售场景的应用要求降低硬件成本，打开了技术创新的市场机遇窗口。
5、光芯片发展出现新机遇
核心芯片分为微电子和光电子两种芯片。微电子核心芯片包括中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、数模/模数转换器、放大器、驱动器等。光电子核心芯片包括光电子收发器、开关路由器、光学相控阵、激光器阵列、探测器阵列、复用/解复用器等。
芯片是5G技术的核心制高点之一，当前的微电子芯片行业还无法完全避开美国的统治。经过50多年的研究与开发，微电子芯片的发展已经到达了技术发展的后期。光电子芯片，特别是硅基光电子芯片，正处在技术发展的上升期，理论上的发展空间很大，被誉为 “后摩尔时代的重要技术”。
5G网络中的承载方案离不开通信器件，其中，对于光器件的技术指标一般包括：体积小、集成度高、速率高、功耗低等。针对5G前传、中传和回传，常用的光器件速率有25G、50G、100G、200G、400G，其中25G和100G光器件是应用最为广泛的5G通信器件。100G以上的光器件尚未能实现国产化。
在摩尔定律依然发挥作用的今天，基于集成电路技术的芯片是各国抢占科技制高点的关键；美国在这个领域具有先发优势，国产芯片技术正在迎头赶上；光模块芯片领域受到的重视可能还不够，无论是从产业界的角度、还是从政策扶持的角度，都有较大的提升空间；光电芯片技术可能是未来芯片技术的发展趋势之一，当摩尔定律遇到天花板时，对光芯片的提前布局有助于实现芯片技术上的变道超车。
苏宁零售技术研究院，作为智慧零售领域的前瞻性研究机构，关注5G技术带给零售企业的各类影响，为更好把握科技创新带来的新机会，研究院正在积极探索5G给智慧零售带来的新发展，在模式、场景、产品、服务、体验等方面5G技术可能带来颠覆式的变革。
参考资料
[1] 王骏成，5G时代芯片技术产业的机遇与挑战，现代电信科技，2017，47（6）：50-53
[2] 华为官方网站《华为发布全球首款5G基站核心芯片 致力打造极简5G》，2019年1月24日
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