手機芯片，蘋果在「憋大招」

最近，關於蘋果自研wi-fi和藍牙芯片的消息甚囂塵上，先是傳出蘋果要棄用老牌供應商博通（broadcom）的wi-fi和藍牙芯片，後來又闢謠說，由於蘋果射頻芯片研發團隊的技術和人才積累不足，短期內還無法擺脫對博通的依賴。

無論如何，蘋果自研wi-fi和藍牙芯片已經不是秘密了。從早期的手機應用處理器（ap），也就是知名的a系列芯片，到後來的調製解調器（基帶芯片，還在研發過程中，未商用），近兩年，蘋果又在手機模擬芯片，特別是射頻方面加大了研發投入力度，以求在芯片和系統整合方面掌握更多主動權，並提升智能手機的整體研發效率。

不僅自研手機系統中各功能塊的芯片，蘋果很可能還在進行着這些芯片的集成研發工作，也就是將ap、基帶、射頻前端（rffe）芯片集成在一個soc中。目前來看，這樣的工作難度不小，但如果能夠成功，則可以大幅提升手機系統集成度，並降低功耗，這樣，就可以在手機內部添加更多應用功能模塊，給智能手機的發展提供更多的想像空間。

實際上，將ap、基帶、射頻前端芯片集成在一起並不是蘋果的創意，業界已經有多家廠商在嘗試了，典型代表是手機處理器大廠，如高通和聯發科。

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手機芯片集成度不斷提升

作為手機芯片的兩大組成部分，處理器和射頻前端各自的集成度一直在提升。

射頻前端主要包括濾波器、功率放大器（pa）、射頻開關（switch/tuner）和低噪聲放大器（lna）。其中，濾波器和pa是射頻前端的兩大核心元件，分別佔市場價值的47%和32%。

基帶芯片是用來合成即將發射的基帶信號，或對接收到的基帶信號進行解碼，具體來講，就是把音頻信號編譯成用來發射的基帶碼，或把收到的基帶碼解譯為音頻信號。基帶芯片還負責地址信息（手機號、網站地址等）、文字信息、圖片信息的編譯。手機支持的網絡制式則是由基帶芯片模式決定的。

設計基帶芯片的技術門檻很高，且研發周期長，這是因為它涉及多種網絡制式（不同國家和地區，3g/4g/5g的網絡制式標準不同）和協議標準，基帶設計師團隊需要對這些標準和網絡制式非常了解，並能夠將它們融會貫通，只有具備這樣的知識儲備和設計能力，做出的基帶才能應對蜂窩網絡中各種複雜的標準和信息模式，分門別類地進行處理。可以說，在所有手機芯片中，基帶的設計難度是最高的，這也是蘋果大力投入人力物力研發基帶芯片多年，但一直沒有能夠實現商用的原因所在。

射頻前端的集成

早些年，射頻前端的四大組成部分都是完全分立的，隨着技術的進步和市場應用的發展，集成度不斷提升，現在都可以集成在一個模組裡邊，且模組的集成度和小型化水平還在不斷提升。

還有一點很重要，手機中的射頻前端包括多個功能塊，有的負責蜂窩移動通信（3g/4g/5g）、有的負責wifi、藍牙、gps等通信，每個功能塊都是獨立的，需要不同的濾波器、pa、射頻開關等芯片，這對集成度的要求更高了，集成難度也在增加。

當下，手機廠商之間的競爭越來越激烈，除了蘋果，利潤率都不高，這樣，在成本和性能之間進行權衡就成為了一件很重要的事情，而射頻前端的模組化程度與機型定價相關，中高端手機的集成度就高，而中低端機型受限於成本，模組化程度不高。

以上討論的是在sub-6ghz頻段內，這是全球大多數5g網絡採用的頻段。而在美國和日韓一些地區，還採用了更高頻率的毫米波頻段，這種蜂窩網絡制式的手機，對射頻前端集成度的要求更高，除了濾波器、pa、射頻開關和lna，還把天線集成進了射頻前端，這就需要用到aip（antenna in package）封裝工藝。aip很好地兼顧了天線性能、成本和體積，與分立式天線架構相比，aip具有電路排布面積小的優勢，另外，天線到射頻端口傳輸路徑短，減少了信號傳輸損耗，有助於提升發射端效能並可改善接收端的信號質量，也能降低組裝成本。

通常情況下，毫米波aip模組內集成了陣列天線、射頻前端、射頻收發器和電源管理芯片，幾乎涵蓋了除基帶芯片以外的所有通信元件。

基帶與應用處理器的集成

基帶芯片是手機處理器之一，隨着智能手機的興起，只有基帶是不夠的，需要應用處理器去處理越來越多的多媒體信息（視頻、圖片、音樂、遊戲等）。以前，基帶和應用處理器多為分立結構，近些年，隨着製程工藝水平的進步，以及應用對集成度要求的提升（高集成度可實現高傳輸效率，低成本，簡化手機電路設計），越來越多的廠商將基帶和應用處理器集成為一個soc，並佔據了市場的主流，代表企業是高通、聯發科、華為、三星和紫光展銳。當然，這種soc不止包含基帶和應用處理器，還有其它功能組件，甚至相關的電源管理電路也集成進去了。

基帶與射頻芯片的集成

如前文所述，基帶芯片廠商正在向射頻前端、天線領域延伸，目標是提供一體化通信解決方案，以提升集成度，降低功耗，並為手機應用發展提供更多的想像空間。

傳統射頻前端芯片廠商，如skyworks、qorvo、broadcom、murata等主要聚焦在sub 6ghz市場，與它們相比，基帶芯片廠商在毫米波aip模組方面具備優勢，具體表現在：一、由於毫米波極易衰減，毫米波aip模組對廠商的綜合射頻設計能力提出了更高要求，基帶與aip模組在設計上的適配，可以提升毫米波通信效率；二、aip模組內集成了收發器，而基帶廠商擅長設計收發器，因為收發器與基帶緊密相關；三、毫米波射頻前端芯片工藝差異較大，傳統射頻廠商積累的優勢有所削弱。

設計和製程工藝壁壘

射頻前端屬於模擬器件，在設計過程中涉及大量know-how，不同頻段的芯片需要大量時間進行研發和調試，另外，射頻前端芯片種類繁多，不同器件之間差異很大，比如濾波器分為saw、baw、ltcc濾波器等。

射頻前端電路設計很複雜，還需要考慮載波聚合、mimo、多頻pa等因素的影響。

要讓射頻前端芯片具備良好的性能，就需要設計與工藝緊密結合，設計師對工藝的深刻理解至關重要。射頻前端芯片採用特殊製造工藝，如gaas、soi、表面聲波、體聲波等，工藝壁壘較高，pa多採用gaas、cmos工藝，開關採用soi工藝，這些芯片的晶圓代工比較成熟，只要與下游代工廠維護好關係以保持產能供應就可以，但對於濾波器來說，主要採用saw、baw特殊工藝，市場上沒有理想的代工廠，相關廠商都是idm。

射頻前端芯片涉及工藝如此複雜，要將基帶和射頻芯片集成在一起（也就是將數字芯片和模擬芯片集成在一起），難度可想而知。

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廠商動作

雖然難度很高，但迫於應用發展對集成度提出越來越高的要求，各大手機處理器廠商都在將基帶、ap和射頻前端集成在一起方面努力嘗試着。

過去這些年，高通、聯發科等廠商紛紛布局射頻前端業務，例如：高通於2014年收購了cmos製程工藝pa廠商black sand，2016年與tdk成立了合資公司rf360，拓展射頻前端產品；聯發科於2019年增資當時中國大陸最大的pa公司唯捷創芯；展訊在2016年與射頻前端公司銳迪科合併，並改名為紫光展銳。

2019年2月，高通在發佈其第二代5g基帶芯片驍龍x55的同時，還推出了一套完整的5g射頻前端解決方案，其中包括與驍龍x55配合的qtm525毫米波天線模組、全球首款5g包絡追蹤解決方案qet6100、集成式5g/4g功率放大器和分集模組系列，以及qat3555 5g自適應天線調諧解決方案。

毫米波aip方面，目前，該市場主要被高通佔據，三星、聯發科、紫光展銳、蘋果等廠商緊隨其後，預計未來份額將逐漸提升。從毫米波aip市場發展情況來看，預估未來將被基帶芯片廠商壟斷。

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結語

為了提升手機芯片集成度，掌控差異化競爭優勢，無論是處理器廠商，還是射頻芯片廠商，都在各自領域努力提升產品競爭力。在此基礎上，手機處理器廠商還想更上一層樓，欲將基帶和射頻前端芯片集成在一起。

從目前的發展情況來看，基帶+射頻芯片的soc方案實現起來非常困難，尚無商用案例。因為這裡邊涉及到太過複雜的數字和模擬芯片設計和製程工藝問題。高通、聯發科等頭部手機處理器企業仍處於基帶+射頻前端芯片模組化發展階段，距離集成為soc還有較長的路要走。而作為後來者的蘋果，雖然其a系列應用處理器在市場取得巨大成功，但自研基帶芯片困難重重，預估最快也要到2026年才能商用，到那時，要想將wi-fi、藍牙等射頻功能集成進去，難度很大。