当今社会，5G也慢慢开始发展，它将是引领世界科技未来十年以上发展的基础通信技术，中国更是将其纳入了未来十年50万亿新基建的七大板块之一。其次芯片，是最近一直牵动着中国科技行业的核心技术。个人觉得5G芯片的行业发展及技术，将会是这场未来十年以上通信时代和基础设施建设的重点。

5G芯片产业发展趋势

首先给各位提个问题，那就是5G能给我们生活带来什么呢？

在2020年，全球疫情期间，经过媒体和电视可以看到，专家通过高清视频，参与疫情的分析和诊断，这就是5G商用一个场景。远程和智能医疗，都是基于5G的大带宽和低延迟技术。具体来讲，5G跟4G比有哪些大改变呢？

首先5G将通讯的帧格式做了重大调整，以前帧格式都是按10毫秒，现在调整到一个数量级，调整到1毫秒。传输速率由原来的150Mbps，提升到10Gbps。

为了适应万物互联或者是海量的互联，5G设计了mMTC支持海量连接。在5G里面有eMMB，mMTC，URLLC三种应用场景，未来适应这三种场景，采用了网络切片技术，在同一套网络上可以并行运营三种业务，5G因为低延迟和大带宽，为后面的人工智能，包括无人驾驶，VR，AR提供了很好的场景落地。

现在VR，AR，其实在应用中多半都是连一根数据线，如果5G普及了这根数据线不需要了，这会极大提高用户体验。这是相关媒体对未来5G发展阐述的预测，预计到2020年，5G终端基带与射频市场将合作，可能会超过5千亿美金。到2020年全球基站芯片和器件市场可能会超过三百亿美金，核心网这块有可能会超过上百亿美金，物联网这块，以NB-IoT和eMTC为代表物联网芯片市场也可能会超过上百亿。

这是在2018年的半导体产业，进入2019年这个期间，在5G商用之前实际上有一个下降的趋势。但是在5G商用和AI物联网，汽车智能化推动下，其实在2019年开始出现一个反弹，另外一个趋势，随着技术演进，芯片占比和营收占比会越来越高。

5G无线芯片设计挑战

芯片其实就是5G发展的一个基石。

在终端这块可能投入稍微小一些，有NB-IoT安全物联网的芯片，还有家庭网光芯片，还有8K高清多媒体芯片。5G芯片设计挑战大概什么样呢？我们以5G基站为例，5G时代通道数有8倍提升，5G时代变成了64T64R，处理的单载波带宽由原来20兆变为100兆，甚至到高频时候到400兆，流数原来4-8，可能变成后面的16-32，这个处理能力基本上都是5倍，20倍的提升。

所以在芯片集成度，性能方面来说，5G芯片都需要大幅提升。同时要考虑到，特别是AAU这块，它的散热，它是得靠自然散热，没有办法添加空调或者风扇，所以功耗不能无限，或者说增加特别多。所以功耗这块是必须要考虑的，另外灵活性，因为5G协议实际上是在不停演进，我们不是做一款芯片就不支持协议的演进，所以我们在灵活性上面也是有诉求的。

5G这么多需求，到芯片实现商来说，可能芯片能实现更高的性能，更高的功耗？还有超大规模，还有高集成度，高性能来说，因为算力提升是有20倍，所以说我们对于CPU，DSP的要求是前所未有的提高。因为贷款增加，导致对外存，像DDR的贷款需求是大幅提升的，单靠增加DDR个数可能都没有办法满足要求，得像HBM这种新技术进行演进，包括对外接口，像在4G时代对外接口可能就是200G够用了，但是到了5G时代，可能要达到数T，所以你的接口必须由原来的10G，25G，向50G，112G演进。由于性能提高，主频原来说可能都是几百兆，到了5G时代不说CPU，就说一些加速器可能都要到达1T，2T工作频率。

功耗这块，因为芯片规模变大，功耗从几十万，可能到几百万。所以功耗分析和低功耗是必须要去考虑的事情，超大规模带来另外一个问题就是如何实现。可能一个几十万，或者几千万芯片，不用考虑一些难度，但是到了几十亿就会遇到各种各样的瓶颈，比如顶层走线。未来应对这些挑战我们提出一些关键技术，因为做芯片，特别是我们做大规模SOC芯片，IP永远是需要讨论的，比如5G高速的ADDA，相对于4G来说，无论是采样频率，还是采样带宽都是大幅提升的，所以ADDA的性能也需要得到大幅的提升。因为需要计算或者运算的带宽、流量也是很大，所以对DSP、CPU都是有严苛的要求。

因为需求都是几倍的增加，所以对架构必须要，特别是架构的平台设计。因为设计一个架构没有平台进行落地，没有办法验证这个架构是否符合设计预期。关于林火行，因为设生产的芯片或者做的芯片不可能只为了应对一种场景或者不为将来做更多的事情，因此灵活性是必须要保证的。另外处理的业务可能千奇百怪，所以不可能光CPU或者DSP打天下，这可能需要更多的异构。

软硬件的合理划分我就不多说了，因为硬件的速度永远快于软件的速度，但硬件有一定的局限性，所以在做架构设计的时候软硬件划分也是非常重要的。低功耗到了几十瓦或者功耗特别大的芯片，这也是非常重要的，对于低功耗我们有多种手段，从架构、算法就开始着手考虑这些事情。在实践上面有多电源、电源关断这也是必须要考虑的，像传统的多频点，包括后续的AVS、DVS这种技术。

物理实验这一块也是难点（大芯片布局），因为现在芯片规模特别庞大，可能模块由原来的十几、几十变成上百，所以这个芯片怎么布局也是特别重要的。关于先进工艺的话，目前的规模可能达到几十亿或者上百亿，所以不采用先进工艺无论是成本，还是功耗，这方面都是完全没有办法实现的事情。因为规模机器庞大，如果读了时钟还用传统的CTS或者传统的分指树，这基本上是不可能完成的任务。关于封装技术，现在随着工艺的演进、放缓，还有数字跟模拟，特别是模拟的工艺演进更缓慢，所以先进封装包括MSF或者后期的封装也是未来发展的趋势。

5G无线芯片关键技术

5G芯片涉及关键应对技术有以下几个方面：

关键IP

高速SERDES

高速ADC/DAC

高性能DSP

高性能CPU

架构创新

架构设计平台

灵活互联架构

异构设计

合理软硬件划分

低功耗技术

系统架构及算法优化

多电源域/电源关断

Clock gating

多时钟/多频点方案

AVS/DVFS低功耗方案

物理实现技术

大芯片布局技术

先进工艺技术

结构化时钟树

先进封装技术

其根本目的是要实现更高效、低成本、低功耗、高性能关键技术。

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【内容引用：Challey《5G芯片行业发展趋势及技术挑战》】

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