手机芯片，苹果在「憋大招」

最近，关于苹果自研Wi-Fi和蓝牙芯片的消息甚嚣尘上，先是传出苹果要弃用老牌供应商博通（Broadcom）的Wi-Fi和蓝牙芯片，后来又辟谣说，由于苹果射频芯片研发团队的技术和人才积累不足，短期内还无法摆脱对博通的依赖。

无论如何，苹果自研Wi-Fi和蓝牙芯片已经不是秘密了。从早期的手机应用处理器（AP），也就是知名的A系列芯片，到后来的调制解调器（基带芯片，还在研发过程中，未商用），近两年，苹果又在手机模拟芯片，特别是射频方面加大了研发投入力度，以求在芯片和系统整合方面掌握更多主动权，并提升智能手机的整体研发效率。

不仅自研手机系统中各功能块的芯片，苹果很可能还在进行着这些芯片的集成研发工作，也就是将AP、基带、射频前端（RFFE）芯片集成在一个SoC中。目前来看，这样的工作难度不小，但如果能够成功，则可以大幅提升手机系统集成度，并降低功耗，这样，就可以在手机内部添加更多应用功能模块，给智能手机的发展提供更多的想象空间。

实际上，将AP、基带、射频前端芯片集成在一起并不是苹果的创意，业界已经有多家厂商在尝试了，典型代表是手机处理器大厂，如高通和联发科。

01 手机芯片集成度不断提升

作为手机芯片的两大组成部分，处理器和射频前端各自的集成度一直在提升。

射频前端主要包括滤波器、功率放大器（PA）、射频开关（Switch/Tuner）和低噪声放大器（LNA）。其中，滤波器和PA是射频前端的两大核心元件，分别占市场价值的47%和32%。

基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码，具体来讲，就是把音频信号编译成用来发射的基带码，或把收到的基带码解译为音频信号。基带芯片还负责地址信息（手机号、网站地址等）、文字信息、图片信息的编译。手机支持的网络制式则是由基带芯片模式决定的。

设计基带芯片的技术门槛很高，且研发周期长，这是因为它涉及多种网络制式（不同国家和地区，3G/4G/5G的网络制式标准不同）和协议标准，基带设计师团队需要对这些标准和网络制式非常了解，并能够将它们融会贯通，只有具备这样的知识储备和设计能力，做出的基带才能应对蜂窝网络中各种复杂的标准和信息模式，分门别类地进行处理。可以说，在所有手机芯片中，基带的设计难度是最高的，这也是苹果大力投入人力物力研发基带芯片多年，但一直没有能够实现商用的原因所在。

射频前端的集成

早些年，射频前端的四大组成部分都是完全分立的，随着技术的进步和市场应用的发展，集成度不断提升，现在都可以集成在一个模组里边，且模组的集成度和小型化水平还在不断提升。

还有一点很重要，手机中的射频前端包括多个功能块，有的负责蜂窝移动通信（3G/4G/5G）、有的负责WiFi、蓝牙、GPS等通信，每个功能块都是独立的，需要不同的滤波器、PA、射频开关等芯片，这对集成度的要求更高了，集成难度也在增加。

当下，手机厂商之间的竞争越来越激烈，除了苹果，利润率都不高，这样，在成本和性能之间进行权衡就成为了一件很重要的事情，而射频前端的模组化程度与机型定价相关，中高端手机的集成度就高，而中低端机型受限于成本，模组化程度不高。

以上讨论的是在Sub-6GHz频段内，这是全球大多数5G网络采用的频段。而在美国和日韩一些地区，还采用了更高频率的毫米波频段，这种蜂窝网络制式的手机，对射频前端集成度的要求更高，除了滤波器、PA、射频开关和LNA，还把天线集成进了射频前端，这就需要用到AiP（Antenna in Package）封装工艺。AiP很好地兼顾了天线性能、成本和体积，与分立式天线架构相比，AiP具有电路排布面积小的优势，另外，天线到射频端口传输路径短，减少了信号传输损耗，有助于提升发射端效能并可改善接收端的信号质量，也能降低组装成本。

通常情况下，毫米波AiP模组内集成了阵列天线、射频前端、射频收发器和电源管理芯片，几乎涵盖了除基带芯片以外的所有通信元件。

基带与应用处理器的集成

基带芯片是手机处理器之一，随着智能手机的兴起，只有基带是不够的，需要应用处理器去处理越来越多的多媒体信息（视频、图片、音乐、游戏等）。以前，基带和应用处理器多为分立结构，近些年，随着制程工艺水平的进步，以及应用对集成度要求的提升（高集成度可实现高传输效率，低成本，简化手机电路设计），越来越多的厂商将基带和应用处理器集成为一个SoC，并占据了市场的主流，代表企业是高通、联发科、华为、三星和紫光展锐。当然，这种SoC不止包含基带和应用处理器，还有其它功能组件，甚至相关的电源管理电路也集成进去了。

基带与射频芯片的集成

如前文所述，基带芯片厂商正在向射频前端、天线领域延伸，目标是提供一体化通信解决方案，以提升集成度，降低功耗，并为手机应用发展提供更多的想象空间。

传统射频前端芯片厂商，如Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata等主要聚焦在Sub 6GHz市场，与它们相比，基带芯片厂商在毫米波AiP模组方面具备优势，具体表现在：一、由于毫米波极易衰减，毫米波AiP模组对厂商的综合射频设计能力提出了更高要求，基带与AiP模组在设计上的适配，可以提升毫米波通信效率；二、AiP模组内集成了收发器，而基带厂商擅长设计收发器，因为收发器与基带紧密相关；三、毫米波射频前端芯片工艺差异较大，传统射频厂商积累的优势有所削弱。 

设计和制程工艺壁垒

射频前端属于模拟器件，在设计过程中涉及大量know-how，不同频段的芯片需要大量时间进行研发和调试，另外，射频前端芯片种类繁多，不同器件之间差异很大，比如滤波器分为SAW、BAW、LTCC滤波器等。

射频前端电路设计很复杂，还需要考虑载波聚合、MIMO、多频PA等因素的影响。

要让射频前端芯片具备良好的性能，就需要设计与工艺紧密结合，设计师对工艺的深刻理解至关重要。射频前端芯片采用特殊制造工艺，如GaAs、SOI、表面声波、体声波等，工艺壁垒较高，PA多采用GaAs、CMOS工艺，开关采用SOI工艺，这些芯片的晶圆代工比较成熟，只要与下游代工厂维护好关系以保持产能供应就可以，但对于滤波器来说，主要采用SAW、BAW特殊工艺，市场上没有理想的代工厂，相关厂商都是IDM。

射频前端芯片涉及工艺如此复杂，要将基带和射频芯片集成在一起（也就是将数字芯片和模拟芯片集成在一起），难度可想而知。

02 厂商动作

虽然难度很高，但迫于应用发展对集成度提出越来越高的要求，各大手机处理器厂商都在将基带、AP和射频前端集成在一起方面努力尝试着。

过去这些年，高通、联发科等厂商纷纷布局射频前端业务，例如：高通于2014年收购了CMOS制程工艺PA厂商Black Sand，2016年与TDK成立了合资公司RF360，拓展射频前端产品；联发科于2019年增资当时中国大陆*的PA公司唯捷创芯；展讯在2016年与射频前端公司锐迪科合并，并改名为紫光展锐。

2019年2月，高通在发布其第二代5G基带芯片骁龙X55的同时，还推出了一套完整的5G射频前端解决方案，其中包括与骁龙X55配合的QTM525毫米波天线模组、全球*5G包络追踪解决方案QET6100、集成式5G/4G功率放大器和分集模组系列，以及QAT3555 5G自适应天线调谐解决方案。

毫米波AiP方面，目前，该市场主要被高通占据，三星、联发科、紫光展锐、苹果等厂商紧随其后，预计未来份额将逐渐提升。从毫米波AiP市场发展情况来看，预估未来将被基带芯片厂商垄断。

03 结语

为了提升手机芯片集成度，掌控差异化竞争优势，无论是处理器厂商，还是射频芯片厂商，都在各自领域努力提升产品竞争力。在此基础上，手机处理器厂商还想更上一层楼，欲将基带和射频前端芯片集成在一起。

从目前的发展情况来看，基带+射频芯片的SoC方案实现起来非常困难，尚无商用案例。因为这里边涉及到太过复杂的数字和模拟芯片设计和制程工艺问题。高通、联发科等头部手机处理器企业仍处于基带+射频前端芯片模组化发展阶段，距离集成为SoC还有较长的路要走。而作为后来者的苹果，虽然其A系列应用处理器在市场取得巨大成功，但自研基带芯片困难重重，预估最快也要到2026年才能商用，到那时，要想将Wi-Fi、蓝牙等射频功能集成进去，难度很大。

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