手机基带芯片往事

原创 L晨光半导体行业观察

收录于合集

2019年4月16日，高通和苹果因专利折腾了近两年的“世纪官司”突然和解。同一天，英特尔也黯然宣布退出5G智能手机调制解调器业务。

数月之后，苹果10亿美元将英特尔手机基带芯片业务纳入麾下，开启了手机基带芯片的自研之路。

三年后的今天，苹果与高通的6年授权协议已经过半，自研5G基带芯片却传出坏消息。天风证券分析师郭明錤在Twitter发文表示，苹果自研的5G基带芯片可能已经失败。

还有消息称，其最近几年一直面临基带芯片原型机过热的问题。不过也有报道表示，此消息有不实的可能，开发失败并不是因为技术故障，而是苹果绕不开高通的两项专利。

无论实情究竟如何，这从侧面也可以引证，基带芯片这事，纵然是苹果+英特尔这样的组合，研发难度依旧是非常之大。

基带芯片是手机芯片的一个重要的组成部分，被视作智能手机的“神经中枢”，承担着手机与通讯网络之间数字信号的编解码任务，是一种用于无线电传输和接收数据的数字芯片。具体地说，就是发射时，把语音或其他数据信号编码成用来发射的基带码；接收时，把收到的基带码解码为语音或其他数据信号，基带芯片主要完成通信终端的信息处理功能。

基带芯片作用示意图（图源：国海证券研报）

基带芯片的技术门槛高、研发周期长、资金投入也大，同时竞争激烈，稍晚一步就可能会陷入步步皆输的境地。

回顾基带芯片的发展史，能够发现无论是从2G、3G，还是到4G和5G的演进中，头部玩家都在发生变化。参与者随着时代的更迭起起落落。

本文将围绕基带芯片的技术特点、历史变迁，并从行业巨头的布局来呈现手机基带芯片的发展历程和演进趋势。为这段充满故事与曲折的基带芯片演进之路，做个小小的注脚。

基带芯片的“草莽时代”

1973 年，摩托罗拉的工程师Martin Cooper发明了世界上第一台手持电话机DynaTac 8000X的原型机。可一直到10年之后的1983年，摩托罗拉才正式把这台“大哥大”鼻祖手机带到了世人面前，进行公开销售。

DynaTac 8000X（图源：PConline杂谈）

这部电话机具体用的什么型号的芯片，网上记载的资料已经很难找到了，但大致可以判断是由接收和发射信号的射频芯片以及对信号进行编码解码的基带芯片所组成。

凭借先发优势，摩托罗拉成为了模拟手机（1G）时代是毫无疑问的老大，占据超过7成的市场份额。

1G网络的草莽时代悄然而过，等到1990年后进入2G网络时代，手机芯片才真正开始蓬勃发展。

这时候，数字信号也一步步替代了模拟信号。

数字信号的优势在于，它可以将一段信号先拆解成“0101”的二进制编码，再以这样的离散形态将信息传输出去，等远处的设备接到之后，再将这些数字信号重新解码成我们能听到的音频，完成信息传输。

如此一来，信息传输的抗干扰性和保密性都得以大大增强。

但想要实现2G数字信号带来的诸多好处，仅靠1G时代的基带芯片是不够的，还需要进行数字信号到模拟信号的转换。这个“数模转换”工作，就需要一块专门的协处理器芯片来完成。

此时，德州仪器（TI）看准了这个机会，顺势推出了大名鼎鼎的OMAP系列手机处理器。TI将一枚DSP芯片集成在了OMAP处理器上，很好的解决了手机在通话过程中的延迟和回音问题。同时这也是业内首次提出了异构计算的概念。

OMAP3630处理器（图源：IT168）

除了给通话功能提升音质之外，2G标准还催生了多家公司对于手机其他功能的钻研。收音机、彩信、贪吃蛇游戏等功能，都是在当时开始慢慢塞进手机的。手机功能越多，芯片就塞的越多，NPU、RAM、DSP等一堆芯片陆陆续续都被集成到了手机处理器中。

回顾第一代通讯协议的确立，让摩托罗拉占尽了先机，运营商只要用到1G的技术，就得给摩托交专利费。另外，1G网络最大的问题还在于，当时每个国家之间的通信制式都还没统一，不能打跨国电话，缺陷十分明显。

随着2G从模拟调制进入数字调制阶段。欧洲各家供应商联合推出以TDMA为核心的GSM新标准与美国竞争，在短时间内建立起了国际漫游标准，并且在全球范围内部署GSM基站，1995年我国也开始使用GSM。2G不但能将通话质量、通讯范围都提升一个大台阶，关键还可以重新定义世界的通讯标准。

与此同时，相关手机也纷纷问世，诺基亚、爱立信、飞利浦、西门子、阿尔卡特等手机开始百花齐放，芯片随之也逐渐站上舞台。

彼时，美国的半导体厂商情况复杂，德州仪器、博通、Marvell、Skyworks、ADI、Agere等手机主芯片公司蜂拥挤入GSM，一方面说明了手机市场的爆发，另一方面也说明在2G时代做手机芯片技术门槛并不高。

在2G时代把这些芯片玩的最明白的，当属德州仪器。

一开始，诺基亚就选中了实力最雄厚、产品线最齐全的德州仪器作为设计合作伙伴。TI高超的技术能力为诺基亚带来了丰富的产品线和稳定的通讯信号质量。

不过，几乎以TI为单一平台供应商的诺基亚在手机市场份额达到惊人的49%时，不再满意自己的议价能力。2007年，诺基亚开始了新的多供应商战略，意法半导体和英飞凌为了抢占市场份额都提供了利润极低的报价。受到冲击的TI也开始因为基带芯片更新换代速度太快，投入回报比起工业芯片差太多，而心生倦怠。

直到2008年，TI宣布逐步退出基带业务，迫使诺基亚在2012年前完成平台的全面替换。结果加上苹果和安卓的突袭，诺基亚也在2008年按下了市场衰退的加速键。

在技术和市场的更迭进程中，其他芯片厂商境遇虽各不相同，但最后几乎都走向了同一个终点。

2002年，Skyworks从科胜讯剥离，专注无线通讯。新生的Skyworks很快在中国不少厂商开枝散叶。然而好景不长，联发科的Turnkey方案从2004年开始席卷中国两年后，Skyworks宣布放弃基带业务。

ADI的手机芯片也曾在国内很多二线品牌出现，但只是勉强撑着。2007年以3.5亿美金把手机部门卖给了联发科。

博通一直在Wifi、蓝牙、GPS领域占据重要地位，其基带芯片往往作为搭售。2012年博通收购瑞萨的LTE平台（原诺基亚Modem部门），试图在4G领域进行反攻。然而，后面的LTE芯片开发实在是太费钱还不顺利，进度一拖再拖，在2014年终于按下了基带业务的暂停键。

Marvell也凭借独到的眼光和前瞻性，先后打入中移动和黑莓供应链。只可惜Marvell技术积累还是不够深厚，在博通退出后一年，Marvell也裁撤了Baseband团队。

另外，当年群雄纷争之际，中国的TD-SCDMA也曾冒出过几家芯片公司，比如飞利浦与摩托罗拉参与投资和提供技术的天碁，诺基亚与德州仪器参与投资的凯明。天碁最后卖给ST-Ericsson，凯明花光了钱破产。

存活下来的，是与联发科同时进入手机市场的展讯（2014年被紫光收购，后与锐迪科合并为紫光展锐）。展讯也是当时为数不多的致力于移动芯片市场的中国大陆玩家。2007年，联发科手机芯片面临着缺货挑战，为展讯抢占市场提供了机会。据报道，当时国内主要是夏新、联想、文泰等品牌采用了展讯平台。2006年展讯占据了中国手机基带芯片市场出货量10%的份额，仅次于德州仪器和联发科，排名第三，2007年展讯的市场份额增长到20%。

“卧薪尝胆”的高通

群雄混战之下，为什么全程都还没见到高通的身影，当时的高通在忙些什么？

其实，早在2G时代，高通就想制定行业标准，但它没用GSM网络的TDMA技术，而是转向了更难搞的CDMA技术。

高通从一开始选择了开发难度比较高的CDMA路线，并抢先申请了所有与之相关的专利，把标准制定的主动权抓在了自己手里，虽然没能抢到前期的红利，但这为后面其称霸市场提前埋下了伏笔。

其实CDMA很早就被证明，其系统容量是TDMA的十倍以上，但碍于技术成熟的太晚，2G 对于数据量的需求也没那么高，就陷入了一个不上不下的情况。而且被GSM率先抢占了市场，没有留下任何空间。在这个节骨眼上，高通只能“卧薪尝胆”，准备在CDMA上死磕到底。

随着3G时代的到来，随着手机功能的提升以及数据需求的增大，高通的CDMA成了3G时代的主力标准制式。需要注意的是，之前CDMA的所有专利几乎都被高通占据。

尽管在3G时代，欧洲希望通过WCDMA“去高通化”，但高通都通过CDMA技术和专利池牢牢占据市场。

这意味着，其他厂商如果想要继续研发3G，就只能向握着一大把专利的高通交专利费，业界俗称“高通税”。

图源：东方IC

“高通税”不仅把高通捧上王座，还影响了行业十几年的产业进程，更是掀起了数年后苹果与高通之间的那段“恩怨”。

苹果“搅动”基带芯片市场

另一边，横空出世的苹果，荡起了基带芯片市场新的涟漪。

1999年，西门子半导体部分拆独立，这就是英飞凌半导体，主攻基带芯片。2005年，英飞凌奋力推出业界领先的面向100美金低价手机单芯片解决方案X-Gold，一时间成功打入诺基亚、LG、三星、康佳、中兴等手机厂商。

此时，秘密研发iPhone的乔布斯，也正在寻找一款高集成度、功能简单的基带芯片。

双方不谋而合。

2007年，第一代iPhone问世，当时英飞凌提供的基带芯片连3G都不支持，而诺基亚和摩托罗拉早就有了3G手机。直到从苹果第二代iPhone开始，英飞凌才正式开始提供3G基带芯片，然而因为技术不成熟，导致3G版iPhone故障率飙升。

图源：Semiconductor insights

时间来到2010年，划时代的iPhone 4推出市场，虽然英飞凌仍是WCDMA版主要供应商，但高通作为CDMA2000版基带提供者也加入进来。

实力的差距，让高通显现出了绝对的优势。

最初乔布斯选英飞凌是看重它单芯片集成度高，塞到iPhone里板子不会太大。然而，不仅当年英飞凌3G平台开发进度慢，iPhone前三代还都存在信号弱的问题，导致第四代iPhone把天线在手机外面整整包了一圈来提高信号强度，结果出了“天线门”。

虽然极其不喜欢高通收费的方式，乔布斯还是被迫放弃英飞凌转到高通平台，因为高通的技术实在是太强了，在接下来的4G LTE平台更是遥遥领先。

这也成为多年以后，苹果与高通之间诸多渊源的起点。

2010年，连年亏损的英飞凌无线部门以14亿美金卖身英特尔。此后，该部门依旧亏损，一亏就是六七年，亏掉上百亿美金，即使如此，其开发进度还一直落后，跟不上高通。

差不多也正是从那时候开始，把基带芯片的专利牢牢握在了手里的高通，渐渐尝到了基带芯片带来的甜头。

高通主动给手机厂商们提供一条龙的3G手机处理器整合方案，开始捆绑销售手机应用处理器和基带芯片。因为对于手机厂商来说，基带芯片调试的成本要远远搞过采购集成芯片的成本，就算高通的手机处理器性能稍差一点，也不是啥关键问题。

在抓住了这次机会之后，高通正式在手机芯片行业内站稳了脚跟。

2G时代，市场上的手机基带芯片供应商数量较多，但每一代的技术升级，都伴随着供应商的起伏迭代，很多厂商都默默的退出了基带芯片市场。

3G时代，智能手机的出现推动了行业洗牌，高通和苹果合作共赢，各自成为了各自行业龙头。手机基带芯片赛道的玩家，渐渐失去了欧洲厂商的身影，大玩家里只剩下美国高通，英特尔、韩国三星、中国的联发科、展讯，成立不久的华为海思，也许还有中兴。

“群雄争霸”的基带芯片市场

历时一年多的千呼万唤之后，4G牌照终于2013年年底正式发放，标志着中国地区移动互联网正式迈入4G高速时代。

随之而来的，QC快充协议、手机摄像头像素、视频编码格式、屏幕分辨率等手机软硬件支持，也随着芯片的更新迭代而愈加丰富。

高通在这段时间里出尽了风头，但其他科技公司也不是吃素的。在手机处理器领域，苹果自研的A系列芯片声名鹊起，华为的海思麒麟、联发科的Helio、三星猎户座等叫得出名字的手机SoC芯片，开始在这段时间走进了人们的视野。

而4G时代的手机基带芯片市场，面临的技术挑战也是越来越大，所需要的专利储备以及研发投入也呈直线上涨，门槛越来越高，如果没有足够的出货量支撑，那么必然将难以为继。

上文提到的德州仪器、博通、Marvell等曾经的手机基带芯片厂商都逐渐落后，相继退出了这个市场，群雄争霸的激烈竞争之后回归暂时的平静。

2016年，苹果已更新到iPhone7，不想继续忍受高额“高通税”的苹果开始重新引入英特尔LTE基带，即使性能上比高通差一大截。苹果甚至把高通芯片进行限速，来弥补英特尔芯片的不足。到了iPhone XS一代，英特尔的XMM7560基带正式取代了高通。

图源：企鹅号“快乐的小智敏”

当苹果游走于高通和英特尔之际，基带芯片市场再次吹响了新的号角。

2018年2月，巴塞罗那MWC前夕，华为在新品发布会上揭开“One More Thing”的神秘面纱——巴龙5G01基带芯片。

大有和高通一较高下之意。华为官方强调，这是全球首款商用的、基于3GPP标准的5G基带芯片。话里话外都挫伤着高通。

作为回应，同年8月，高通发布骁龙X50基带芯片独立模块，实现了“全球首款5G手机” 的5G连接。这意味着，对比华为上述发布的5G CPE路由器，高通率先具备了智能手机端的应用优势。

其实早在2016年，高通便发布了全球首款5G调制解调器——骁龙X50，当时全球已有18家移动运营商选择骁龙X50支持5G新空口移动试验，进行商业验证并推出商业部署业务，为日后5G行业的蓬勃发展建立了基础。基本也是在这个时候，5G这一词汇开始出现在大众的眼前。

回溯华为基带芯片的研发历程，2007年，华为海思就开始专攻基带芯片研发。2010年推出了首款TD-LTE基带芯片——巴龙700。在当时高通占据全球绝大份额芯片市场时，巴龙700在高通坚固的防线上，撕开了一个口子。

2014年初，华为推出了麒麟910，这是华为首款以“麒麟”为名的芯片，麒麟910首次集成了华为自研的巴龙710基带。

也是自此，华为海思开始了智能手机芯片史上一段波澜壮阔的逆袭之路。

随后几年，从麒麟920的巴龙720，到麒麟960的巴龙750，海思基带芯片与麒麟芯片相辅相成。也是凭借麒麟960各方面综合性能表现，华为麒麟9系列芯片正式跻身行业顶级芯片市场，与高通、苹果形成三足鼎立的态势。

彼时的英特尔还在做最后的挣扎，2017年11月，一直试图在移动端芯片上有所作为的英特尔发布了旗下首款5G基带芯片XMM8060。同时还宣布已成功完成基于其5G调制解调器的完整端到端5G连接。

除了高通、英特尔、华为之外，三星、联发科等厂商也都在加快对移动端5G芯片的布局速度。2018年下半年，在3GPP发布R15 NR SA标准后，5G基带芯片开始密集现身。

2018年8月，三星推出了旗下首款5G基带芯片Exynos Modem 5100。芯片厂商都在强调自己“符合标准”，三星也不例外，称Exynos 5100是全球第一款完全符合3GPP R155G国际标准的5G基带芯片，并已成功通过5G原型终端和5G基站间的无线呼叫测试。2019年5月，首批搭载Exynos 5100基带的三星Galaxy S10 5G手机上市，几个月内销量便突破百万，同时抢走了“全球首款5G手机”的称号。

实际上，三星早在2011年就已开始研发5G。2013年5月，三星开发出世界上第一款自适应阵列收发器技术，用于蜂窝通信，数据传输速度比目前的4G网络快几百倍。这项技术是5G移动通信系统的核心。2017年7月，三星公布了3.5GHz的5GNR基站，为5G商用奠定基础。

可以看出，三星布局5G、争抢移动通信市场领先地位的意图明显。以往，三星手机通常采取从高通购买及自研芯片的双重战略，而后者往往仅限于韩国本土，整体占比很小，三星无疑是试图在5G时代改变这一局面。与华为、高通相似，三星累积了众多5G专利及技术，有利于其5G基带及集成5G芯片的研发。

相比三星，联发科在5G基带研发的步调似乎更快。2018年6月，在4G市场隐忍多时的联发科发布了其首款5G基带芯片Helio M70。与此同时，联发科敲定和诺基亚、NTT Docomo、中国移动、华为等深入合作，以确保自己不在整个市场处于落后地位。

图源：热点科技

由于高通、华为、三星、联发科这些对手的压力，以及苹果释放出其5G手机将采用英特尔5G基带的信号驱动，2018年11月13日，英特尔发布了第二款XMM 8160 5G调制解调器，适用于手机、PC和宽带接入网关等设备。

在发布产品时，英特尔曾宣布“5G基带芯片于2019年下半年交货”。然而，实际证明与苹果深度合作多年的英特尔再次掉链子。2019年2月23日，英特尔表示，只能为客户提供“5G基带样本芯片”，商用产品要到2020年才能交货。这为苹果5G手机计划蒙上了阴影。

发展至此。华为欲与高通比肩；在4G时代落寞的联发科再度涌上潮前，试图在5G时代重新证明自己；三星的触角再度延伸，试图在5G上突破以维护“王朝”；而英特尔如果没有竞争对手压力，或许还在唱“挤牙膏”的独角戏。

从群雄争霸到独占鳌头

2019年，5G商用元年的到来，市场需求和技术升级不断演进，各路豪强逐步进入第二代际5G基带芯片的竞争。

在MWC 2019预沟通会上，华为发布了号称世界第一款单芯多模5G基带芯片巴龙5000，首次将5G芯片巴龙5000 集成到了华为首款旗舰5G SoC芯片麒麟990上。华为当时称，巴龙5000“是全球最强的5G基带”。

巴龙5000基带芯片的问世，让华为拥有了推出5G商用手机，及进行新终端战略布局的能力。

不到一个月时间，高通发布了第二代5G调制解调器骁龙X55，性能大幅提升。大有“龙王一出，谁与争锋”的意味。

芯片产品有着一定的“后发定律”，即通常后发布的芯片比自家乃至行业前代产品有更好的性能优势。比如，华为巴龙5000比高通两年前发布的骁龙X50确实胜出一筹，但骁龙X55又扳回了几分颜面。华为和高通首先拉开了第二代5G基带芯片竞争的序幕，而巴龙5000和骁龙X55孰强孰弱也一度成为业界争论的焦点。

此外，值得注意的是，在MWC 2019上还有一家中国企业也发布了5G通信技术平台马卡鲁及首款5G基带芯片春藤510，那就是紫光展锐。

2014年底，紫光展锐开始投入5G基带预研，四五年的投入换来了回报。以往，紫光展锐一直游走在中低端芯片领域，但其认为5G是切入中高端、跻身全球第一梯队的重要机遇，而马卡鲁及春藤510的推出便是其走出的第一步。

2019年，注定是基带芯片市场不平凡的一年。

除了华为、高通、三星、联发科等芯片厂商不断的技术革新之外，苹果与高通的“恩怨”暂时也上了节点，英特尔5G智能手机调制解调器业务也宣告终结，预示5G基带芯片行业少了一个重磅玩家。

2017年，苹果认为高通滥用其在通信基带芯片领域的垄断地位，专利授权费收费过高，在美国和英国起诉了高通，并且拒绝向高通支付专利授权费。随后，苹果与高通之间的专利授权费问题以及专利纠纷全面爆发，双方在全球展开了诉讼，两者之间的关系也是急剧恶化。

在此过程中，苹果减少了高通基带芯片的采用，转向了采用英特尔的基带芯片。苹果还曾计划在2020年款iPhone中使用英特尔的5G芯片。然而苹果最终发现，英特尔的芯片无法符合苹果的要求。

2019年4月16日，高通和苹果达成和解，双方同意放弃全球范围内所有诉讼，并且签订了一份长达6年的新的专利授权协议。而在同一天，英特尔也宣布放弃了手机基带芯片的研发。

图源：中金在线

数月之后，苹果宣布以10亿美元收购了英特尔“大部分”的手机基带芯片业务，这也意味着苹果未来会采用自研的手机基带芯片。伴随苹果在4G时代末期完成对英特尔移动基带芯片业务的收购，苹果也在5G时代走上了外挂高通基带+自研的“两条腿走路”方式。

5G手机时代的到来，让苹果和高通暂时“化干戈为玉帛”，短期来看，苹果向高通“低头”，是因为苹果需要高通的基带芯片以使其5G iPhone如期上市。但从长期来看，苹果并没有放弃摆脱高通，而且近几年来将其基带芯片研发工作作为重中之重。

2019下半年，三星、联发科相继推出了集成5G基带的手机处理器芯片，在降低功耗的同时，减少部件所占体积，从而方便移动设备的设计。

也是从这时候开始，手机厂商全面迈向5G的行列。而高通也保持着每年一更的速度，从2020年的骁龙X60，2021年的X65到今年发布的第五代5G调制解调器骁龙X70，不断的突破5G的速率和极限，通过持续创新的产品路线图，在5G领域奠定了不可取代的优势地位。

然而，本可以与其抗衡甚至实现超越的华为基带业务，在美国科技制裁下戛然而止。

后面的故事我们都知道了。

而苹果此次5G基带芯片研发可能受阻，但不代表苹果就会放弃研发。郭明錤认为，苹果会继续研发5G基带芯片。

从A系列、M系列芯片可以看到，苹果自研芯片的实力绝不容小觑。不过，苹果在芯片自研路上始终有个绕不过去的"心结"——基带芯片。

之所以迟迟啃不动5G基带芯片这块硬骨头，有业内人士表示：“5G时代对于数据传输量和传输速率的要求都非常高，而且还需要向下兼容，兼容4G、3G、2G、1G等多种通信协议。除了上述提到的几点，像5G基带芯片内建的DSP能力是否足以支持庞大的资料量运算，芯片在满足足够的运算效率时牵涉到的系统散热问题。对于5G的终端来讲，由于处理能力是4G的五倍以上，功耗也是必须要攻克的难题等等，都是设计难点。”

另外，更大的问题可能是在于专利。高通之所以能够广收“高通税”，根本原因还在于它的专利储备丰厚，别人要使用技术绕不开它。

对于苹果而言，虽然具备出色的自研芯片基础，但苹果在无线通信相关技术和专利上面积累的差距可能还较大。因此，苹果想要使用自研的5G基带芯片，要么在法律层面解决专利问题，要么另辟蹊径绕过高通的5G专利体系，但都绝非易事。

写在最后

Strategy Analytics在今年4月发布的研究报告指出，2021年全球手机基带处理器市场收益同比增长了19.5%，达到314亿美元。其中，高通以56%的收益份额引领基带芯片市场，其次是联发科（28%）和三星LSI（7%）。

高通在3G时代奠定的优势，让它在随后的技术演进中，始终保持了领先。

在4G时代，手机基带芯片市场群雄争霸，10余家厂商铩羽而归。基带芯片领域后续呈现出“一超多强”的格局，一超即高通，多强则包括华为、英特尔、三星、联发科等。

来到5G时代，华为、高通、英特尔、三星、联发科、紫光展锐等均已发布了自己的5G基带芯片。其中，三星和华为的5G基带芯片主要是自用，而且华为因受美国的制裁，也使得其自研芯片制造受阻。

英特尔退出5G手机基带业务，苹果接棒开始自研，目前公开市场上的5G基带芯片供应商仅有高通、联发科和展锐三家。

在角逐新一代5G基带芯片的征途上，高通的对手正在变得越来越少。

资料参考：

差评，《现在性能拉满的手机芯片，原来是被它牵着鼻子走的？》
金捷幡，《手机基带芯片的故事》
科工力量，《5G基带芯片之战：五强格局初显》
21世纪经济报道，《华为高通龙争虎战：5G重塑新格局基带玩家不断更迭》

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