5G芯片基带外挂与集成，到底有多大差距？

近几日，高通在夏威夷发布旗舰骁龙865、集成双模5G基带芯片X52的骁龙735和骁龙735G，引起了业界的广泛关注。其中，定位旗舰级芯片的骁龙865采用了外挂式5G基带的设计，并没有采用与麒麟990 5G、天玑1000等移动平台那样的的集成式基带设计，这也成为骁龙865最大的争议点。

　　一直以来，在很多人的概念中，外挂基带相比集成基带来说，不仅会增加功耗发热、还会影响性能。因此，作为一款2019年底才发布的移动平台，相比目前友商推出的移动平台都用到了集成5G基带的设计，难免会有人认为高通的旗舰新品有点不够“厚道”。而在新品发布后，人们对于“集成基带和外挂基带有多大差距?”这个问题也争论不休。

　　5G手机为何更耗电?

　　“5G手机更耗电”，这可能是很多第一批使用5G手机用户们的真实感受。在今年年中5G试商用时，各家手机厂商所推出的5G手机皆为外挂基带，比如三星S10 5G采用的Exynos 9820 就外挂了Exynos Modem 5100基带、华为Mate 20X 5G采用的麒麟980 加外挂巴龙5000基带、OPPO Reno 5G采用的骁龙855 加外挂X50基带等。以上提到的几款手机在后续的用户反馈中无一不存在耗电严重的问题。其中原因，除了5G本身传输的数据量大，导致计算量增大之外，很多人还将问题归咎于外挂基带。

　　5G更耗电这一点，从5G基站上也有明显体现。据中国铁塔的一份分析材料显示，目前几家主流的厂商的5G基站单系统的典型功耗分别为：华为3500W，中兴3255W、大唐4940W。作为对比，4G的单系统功耗仅为1300W，5G是4G的3-4倍。那么到底是什么导致了5G基站和手机耗电量的激增?

　　目前，5G所采用的标准是3GPP release15协议，而在这个协议中，为了更好地兼容现有的4G网络，选择了OFDM(正交频分复用)作为编码无线信号的选项。使用OFDM的方式传输数据，是将数据分成多个部分，并以不同的频率同时输出，使得发射信号彼此正交互不干扰。

　　但一般来说，OFDM信号的正交部分不会消减能量的传递，也就是说，防止信号互相抵消的特性也防止了各部分的能量互相抵消。这意味着任何接收器都需要同时接收大量能量，而任何发射器都需要同时释放大量能量。高能量直接导致了OFDM的高PAPR(峰值平均功率比)，使得该方法的能量效率低于其他编码方案，这也是导致目前5G设备耗电严重问题的主要原因之一。与此同时，5G由于频段的增加，手机在原先4G手机的6-8组天线的基础上，还需要增加几组5G频段天线，而每根天线都需搭配一颗功率放大器，这无疑也是增加功耗的另一个重要原因。

　　外挂基带=独显，集成基带=核显?

　　当然，所有的5G手机在电池容量相对4G手机变化不大时，耗电加快是必然的。回归到5G基带本身的问题，从目前已经公布的5G移动平台来看，骁龙865、天玑1000、Exynos 990以及麒麟990 5G中，天玑1000和麒麟990 5G采用的是集成基带设计，其他两款是采用外挂基带设计。根据官网上的数据显示，这四款移动平台的5G峰值速率分别是：

　　天玑1000(集成5G基带)：峰值下行速率4.7Gbps(sub-6GHz)，峰值上行速率2.3Gbps;

　　麒麟990 5G(集成巴龙5000)：峰值下行速率2.3Gbps，峰值上行速率1.25Gbps;

　　骁龙865(外挂X55)：峰值下行速率7Gbps(毫米波)，峰值上行速率3Gbps;

　　Exynos 990(集成Exynos 5123)：峰值下行速率7.35Gbps(毫米波)/5.1Gbps(sub-6Ghz)，上行速率未公布。

　　对比之下，似乎外挂基带在网络速率上还有点优势?这有些类似于PC上独显和核显的区别，但这也可能只是各家基带性能上的差异。那么，以巴龙5000为例，在外挂巴龙5000基带的mate 20X 5G上，峰值下行速率4.6Gbps，上行速率最高2.5Gbps，对比集成了巴龙5000的麒麟990 5G速率足足翻倍，这显然是为了将基带整合到SoC中所作出的妥协。

　　能量守恒定律：性能与功耗、体积的取舍

　　编者猜测，麒麟990 5G作为全球第一款正式商用的集成式5G基带芯片，一是出于功耗和芯片体积的原因，二是可能出于时间进度原因而没有优化芯片设计。因为990 5G虽然采用了更先进的7nm EUV工艺，但其AP核心架构仍是上一代的A76。

　　另一方面，得益于新工艺，麒麟990 5G相比990 4G版本，在2个A76中核频率提升0.27GHz、4个A55小核提升0.09GHz、并且再增加一个NPU核心的同时，功耗还有所降低，这显然就是为了平衡5G基带的功耗问题而控制了7nm EUV工艺下AP核心可以达到的更高频率。

　　至于采用集成5G基带的天玑1000，从AP规格上看性能与骁龙865相差不大，也同时坐拥着宣称是全球最省电的5G基带。但根据其采用了9颗Mail-G77 GPU和6核APU的设计，实际功耗与发热表现仍存疑。

　　骁龙865外挂基带的其中一个优势就是可以将AP和基带芯片的散热分开处理，散热面积增大也有利于芯片性能释放，高通方面就表示采用外挂基带的其中一个目的就是获得最佳系统性能，并且还强调无论是AP性能还是基带方面都要比友商要强。但实际搭载这两款移动平台的终端设备仍没有在市面上发售，其最终的表现还是需要终端产品来体现出来。

　　小结：

　　总而言之，从目前所推出的5G移动平台来看，采用外挂基带设计的5G移动平台普遍都有着更高的5G网络峰值速率、更高的性能释放、更方便于终端厂商进行散热设计，但也存在占用手机内部空间、物料成本的增加、加大终端厂商的电路设计难度以及可能出现的功耗过高等问题。

　　而采用集成基带设计的5G移动平台相比之下有更高的集成度，可以节省手机内部空间，同时降低终端厂商的电路设计难度，理论上更省电，成本更低。但也存在散热面积小而集中、AP性能一定程度上受限、5G网络峰值速率较低等问题。

　　因此，目前所推出的5G移动平台，无论是采用集成还是外挂基带的方案，都一定程度上在某些方面有所取舍：高性能、低功耗、小体积，需求只能三选二。当然，考虑到手机内部空间，未来集成基带必然是趋势。

　　在百度搜索“4G耗电量”时，编者也发现当年人们同样在吐槽4G比3G更费电。作为新一代移动通讯技术，5G距离普及还有很长的路要走，而当年的4G手机也一样是在种种争议中逐渐发展到现在，设备功耗与发热等问题都被快充、高密度电池、石墨散热片甚至液冷风冷等技术所解决。相信目前5G手机上存在的种种问题，也同样会未来不久的时间内迎刃而解。