Qorvo的访谈：5G半导体芯片开发有何进展？

这只是 5G 芯片组的第一波浪潮，5G 的高潮远未到来。为详细了解 5G 芯片组的前沿发展，RCR Wireless News 联系了 Qorvo，通过电子邮件与该公司移动 5G 业务发展总监 Ben Thomas 畅谈。Qorvo 在 2 月底宣布，其集成式 5G 前端模块投入大规模生产，以支持今年不断扩张的设备和基础设施生态系统。以下问答经过适当编辑和精简。

RCR：您如何描述 5G 芯片组目前的总体发展状况？

Thomas：以手机为主的芯片组发展顺利。第一组芯片组实际上是基于第 15 版前暂行标准，帮助手机试验进行到今年年底。到 2020 年，我们将从多个供应商获得符合第 15 版标准的优质芯片组。本行业有三个主要驱动力：高通、三星和 HiSilicon。也就是说，至少到 2021 年才会看到中端手机的兴起。随着产量的稳定，其他移动芯片组也会上市。

RCR：在毫米波和 6 GHz 以下频段，5G 半导体开发和生产面临哪些挑战？Thomas：就芯片组相关挑战而言，我们与客户一起开发 RF 前端架构时发现的一些挑战值得一提。其中包括：

• 收发器范围实际上约为 100 兆赫兹载波带宽，DFT-S 和 CP-OFDM 在所需波形下具有良好的吞吐量，特别是在 256QAM 下。与 LTE 相比，双上行链路需求的变化最大。

• 对于调制解调器，处理 EN-DC LTE锚点和新无线电 (NR) 也带来了挑战。这是 2019 年到 2020 年间的一个重大改变。2019 年，我们将看到所谓的 2 类 UE — 也就是由芯片组驱动的手机，其中 LTE 实际上并不知道 NR 端的变化。LTE 有自己的局限性。2020 年即将推出的 1 类芯片组会解决这一问题。此外，LTE 和 EN-DC 5G 目前还不能平滑地切换，但到 2020 年会有所改善。

• 最后，[6 GHz 以下] FR1 和 [毫米波] FR2 将在完全独立的 RF 链中运行，一直到 TCVR。启用 EN-DC FR1 已然是个大挑战，而通过相同调制解调器启用 FR2，且让一切顺利运行，2020 年以前很难做到。

• 其他挑战包括新的 RF 组件、更宽的带宽，还有要测试的波形呈指数增长。当然，大多数情况下，额外设计考虑因素是验证手机的大量组合，这也是最大挑战。一旦符合要求，即选择要优化的地方：用于覆盖范围或更短距离的全功率 PC2，用于高数据速率 MIMO 应用的 CP 256QAM。很大程度上这是由运营商和 OEM 需求驱动的，因此设计本身的变化增加了复杂性。

• Qorvo 过去一直推动 ETIC 的使用：即包络跟踪功率管理，用于这些 RF 前端内部的 [功率放大器] 。包络跟踪已经成为在传输端处理不同 RF 前端需求的标准方式，具体取决于不同的用例和点。但是，我们在早期 5G 中遇到了障碍。大多数公司的 ET，以及针对 100 MHz 宽带宽信号对该 ET 进行的芯片组集成还未成熟。这些问题要到 2020 年才能解决，但回归 ET 可以有效地管理所有这些用例和传输功率电平。业界现在使用什么？平均功率跟踪 (APT) 和 ET 的组合。这导致更复杂、未优化的 PA 和 RF 前端模块。

• 最后是 mmW。到了 28 和 39 Ghz 这样的毫米波 5G 频段，我们应该认识到这是由完全不同的用例和 6 GHz 以下频段驱动的。 由于传播方式和更短距离等挑战，毫米波频谱其中一个目标是在高密度环境中增加网络容量。从 RF 角度看，这是一种全新手机；这就需要系统解决方案，而不是 6 GHz 以下标准（如 LTE）的早期阶段那样，购买分立式元件，mmW 需要与前端供应商和芯片组提供商紧密协作。还有大量问题待解决。

• 将 mmW 安装到空间受限的外形中带来了尺寸挑战。到目前为止，手机设计人员在重视尺寸的应用中不得不牺牲最佳性能（更大的阵列大小和配置）。进而又需要极高性能的 mmW 前端解决方案。坦白讲，这已经背离了行业初衷。许多硅基解决方案在手机中并不像在 [用户端设备] 或基站中一样有效（后者现在也青睐更传统的基于 GaAs 或 GaN 的解决方案）。

RCR：Qorvo 在各代 5G RF 前端领域处于什么位置？您认为从第一代 5G 迁移至第二代 5G 有多快，推动因素是什么？5G 规范有哪些尚待实施的特性，会带来哪些机会？

Thomas：Qorvo 率先量产 5G 频段 n77 RF 前端模块。之后我们推出了 RF 前端和组件的整套产品组合。我们为此做了长时间准备。在高达 3.3-4.2 GHz 频率范围发布 100 MHz 载波带宽 PA，同时满足 5G 严格的 RF 要求，很有挑战性。凭着在该解决方案中学到的知识，我们将吸取 2019 年 5G 试验的经验，在 2020 年进行第二轮试验。这些 2020 年产品将持续供货到 2021 年中，届时面向中端手机的 5G 前端模块就会上市。虽然有可能更注重成本控制，但这些中端 5G 前端仍可保证高性能。与其说这是 Qorvo 的选择，不如说是 5G 标准的要求！

此外，2021 年可能推出与 2020 年批准的 3GPP 第 16 版有关的更新。第 16 版旨在覆盖其他非移动市场，与手机有关的产品规范不会有太多根本变化。但是，RF 前端的整体架构还有更多的 EN-DC 和 NE-DC 频带组合需要处理。我认为至少到 2022 年才能看到 5G RF 前端的稳定。我们要一如既往地专注于优化，根据目标手机细分市场，改进性能或降低成本。

这段时间内，Qorvo 的机会很多。我们的高功率、超线性 GaAs HBT PA 工艺将成为 PC2 高功率运行频段的基准。这是我们的制胜法宝。此功能使 UHB（3.5 和 4.5 GHz）成为理想候选产品。我们的中/高频段 S-PAD 使用更高阶多路复用器获得低损耗、高抑制性能，可满足复杂的载波聚合需求。组建 Qorvo 之前就已部署的技术也可用于应对 5G 挑战。

此外，中频段到 UHB 的 DRx 或接收分集是 4DL 的强制要求，也会带来机会。在 LTE 中，Rx 分集甚或 MIMO 常被视为“必选”功能。但在 5G 中，移动运营商必须兼顾高性能和多频段 CA 接收分集。Qorvo 的差异化产品可满足这一需求。

最后，Qorvo 还可以提供 RF 前端解决方案，满足高性能 mmW 需求。mmW 的大规模部署尚需时间，但蕴藏大量机会。

RCR：如何才能获得 5G 参考设计？能否告诉我们 5G 芯片组上市的基本过程和时间表，Qorvo 在此过程中有哪些经验教训？

Thomas：客户正在 Qorvo 的帮助下组装设计。在咨询 RF 前端架构的完整系统设计时，Qorvo 一直是业界的首选（特别是我们的客户）。这是什么原因？因为这是我们 RF 前端事业的起点。我们没有拘泥于规范，而是整体考虑问题。

5G 是复杂的，但手机 OEM 的时间表并未改变！仍然保持 12 个月的创新周期。更糟糕的是，5G 试验手机原本有望今年发布，但直到去年年底才确定规范。

上市步伐没有改变，复杂性却呈指数级增加。没有大局观，客户或供应商就无法按时发布产品，无法满足规范，无法为客户提供高性能，无法满足用户需求。

我们正在争分夺秒地前进，甚至早于整体架构发布 18 个月布局，比如说，我们已经在考虑 2021 年的手机需求。如上所述，由于第 16 版直到 2020 年才解锁，目前 5G 的变数还很多，我们难以长远规划。前进的途中，每一步都要小心翼翼。规范、运营商需求和 OEM 实施方案的变化都会带来变数。

所以，5G 普及还有很长的路要走。 当然，尽管存在这些挑战，5G 的未来仍是光明的！