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Qorvo谈5G 半导体的进展

芯片组制造商、网络基础设施公司、设备 OEM 以及测试和测量公司多年来一直参与 5G 的研发和标准制订,随着 5G 设备的上市,收获的季节到了。今年市场涌现出各种消费者智能手机以及其他设备,从 5G 路由器和移动热点到物联网设备不一而足。


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。



5G 设备的上市:

https://www.rcrwireless.com/20190508/devices/what-5g-devices-are-coming-this-year

在 2 月底宣布:

https://www.qorvo.com/newsroom/news/2019/qorvo-mobile-5g-portfolio-enters-high-volume-production


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)。

EN-DC LTE:

https://www.rcrwireless.com/20190528/5g/what-is-endc


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!



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5G 设备上市专题报道:

http://content.rcrwireless.com/getting_5G_devices_report

5G 设备在线研讨会:

https://zoom.us/webinar/register/WN_isPxrt3lS0maBn7DvsaxNQ