5G小基站芯片等待星光中的赶路人:国产还要多久?
2021-11-17
来源:半导体产业纵横
根据工信部的数据,截至2021年8月底,我国建成5G基站已经超过100万个,占全球的70%以上,5G终端连接数超过了4亿,中国已经是全球最大的5G市场。单在2021年前6个月,5G基站就新建了19万个。到2030年,预计我国5G基站数量将达到1500万个。
随着5G基站的建设,5G应用场景正由设想步入大规模落地阶段。基站产业链上游需要大量芯片及模组,小基站的渗入与普及,无疑成为半导体产业的另一片“沃土”。
5G对小基站需求明确
根据3GPP(第三代移动通信标准)的规范标准,无线基站可以分为4类,分别是宏基站、微基站、皮基站和飞基站,业内普遍将除宏基站外的微基站、皮基站和飞基站统称为小基站。
5G 时代基站类型,由半导体产业纵横整理
宏基站和皮基站。来源:pixabay、爱立信
随着5G网络的持续建设,5G业务场景开始从室外转向室内,市场也更倾向在室内场景中使用小基站。由于此前工信部发布的四大运营商运营频段中,5G频段分布在2515MHz~4900MHz之间,频率高则波长短。在传输中信号衰减程度更大,在遇到有障碍物的地方,其辐射范围会变得很小。
中国运营商5G频谱。来源:中国银河证券研究院
实际上,小基站并不是5G时代的专属,早在4G时代就已有相关部署。不过,由于4G时代宏基站可以承载70%以上的流量,小基站的使用量不多。在4G基站向5G基站的过渡中,受到国家相关网络建设限制,小基站成为必要补充,尤为需要强调的是室内网络建设方面。目前,中国5G网络布局形成了“宏基站基础、小基站补充”的局面。小基站可以填补由于土地空间不足、预算不够带来的空白。
一种5G小基站在楼层中的使用。来源:比科奇
因为小基站的独特作用,有望迎来属于自己的市场机会。市场研究机构Dell"Oro则预测,未来5年全球小基站市场规模将达到250亿美元。另根据ABI research预测,2021年全球室内小基站市场规模将达18亿美元。
与消费级不同,小基站芯片需要高程度的成熟性和高可靠性。目前,由于FPGA和ASIC的特性拥有不同的使用场景和特性,因此5G小基站的核心主控芯片以FPGA和ASIC芯片的SoC占据主流市场。。行业内相关人士认为,从4G小基站到5G小基站,需要亟待突破是核心主控芯片,特别是高算力、低功耗的集成数字芯片作为专用主控芯片。无独有偶,一些行业人士也曾分析,如果把一个5G小基站拆解,其中最为昂贵的是一颗价格高达600美金左右的FPGA主控通用芯片,超过了小基站上其他芯片的金额总和。
三大玩家,瓜分5G小基站芯片“天下“
许多大厂从4G基站芯片方案开始,已经占据了绝大市场,这种强势的市场地位也延续到了5G基站中。目前,5G小基站芯片仍被国际大厂垄断,博通退出该市场之后,英特尔、恩智浦、高通成为三大玩家。
2019年,英特尔联合中国移动研究院在“MWC19上海(世界移动通信大会)”推出了全球首款商用5G开放平台小基站,开启了新一轮行业商用产品革新。在这款小基站中,英特尔使用了Xeon处理器以及其FPGA产品,联合打造的云上小基站其应用覆盖了室内5G场景。
英特尔为5G小基站设计的平台中,RRU(远端射频单元)基于英特尔Arria10 FPGA,Arria10 FPGA和SoC串行收发器提供宽带、低延时、低功耗的选择,可以支持开发高速通信系统,非常适合无线基站。英特尔目前基于Flex RAN的端到端解决方案,已经被绝大多数5G小基站广泛采用。
在恩智浦的5G小基站产品中,SoC以及可编程基带也是其主打领域。目前,恩智浦已经拥有两款用于5G小基站的通信处理器——LS1046A和LS1026A多核处理器。两个处理器将四核和双核64位Arm Cortex-A72与数据包处理加速和高速外设相集成。而在可编程基带处理器领域,LS1043A处理器是恩智浦推出的第一款面向嵌入式网络的四核64位Arm处理器,提供超过10 Gbps的性能。
Layerscape LA1200则是恩智浦推出的可编程基带处理器5G-NR固定无线边缘接入和3GPP基础设施设备。LA1200通过PHY/基带处理,为O-RAN功能拆分选项、专有应用和增值差异化,目前该产品仍处于样品阶段。
高通公司在5G领域展现出强烈的热情,其2018年公布的FSM100xx是经典5G小基站芯片方案,也是首个5G新空中介面(5G NR)解决方案。这款ASIC芯片采用10nm制程,可以同时支持毫米波和Sub-6GHz频段,且既可以支持非独立组网(NSA)模式,也可以支持独立组网(SA)模式。
去年年底,高通宣布与诺基亚达成采购协议,为其提供新型5G室内小基站芯片组——FSM100xx 5G RAN,这次采购成为高通在5G RAN市场的重大胜利。
今年6月28日,高通技术公司再次宣布推出其第2代面向小基站的高通5G RAN平台(FSM200xx),首个符合3GPP Release 16规范的5G openRAN平台。其支持的eURLLC等特性,能够提供工厂自动化、关键任务型机器设备控制所需的低时延和链路可靠性。
国内已步入量产阶段
国内5G小基站架构通常为分布式的BBU+交换机+RRU三级,其中以华为Lampsite、中兴Qcell的为代表的有源室分系统成为5G室内主流,而两者的小基站芯片均使用ASIC,且并未公开。
华为pRRU使用独家自研的ASIC“超宽带”芯片,于2019年正式商用了5G LampSite 100MHz带宽产品。电信行业咨询机构GlobalData将LampSite评为室内小站领域(Enterprise Small Cell)的“leader”,连续三年摘得桂冠。去年,华为使用自研芯片推出5G LampSite 200MHz pRRU,可支持多频,对新建室内场景可实现4G/5G一体化部署。5G LampSite 300MHz 支持 C-Band单频,可支持运营商共建共享。
除华为和中兴之外,部分半导体创业公司也瞄准了这个市场,开始崭露头角。
比科奇微电子就是其中之一。6月9日,比科奇微电子完成近亿元Pre B轮融资。这家总部在杭州的公司主营业务之一是为5G小基站设备商提供openRAN标准的SoC。目前,比科奇已经推出PC802小基站芯片,PC802可用于5G一体化和分布式、拓展式小基站,支持URLLC。这款芯片使用了RISC-V架构,近期推出的ORANIC 5G板卡嵌入了4颗PC802,可提供四个25G以太网SFP连接器。
在2021中国北京国际通信展上,思朗科技正式发布了两款5G小基站芯片UCP1002和UCP4008。思朗科技称UCP1002芯片是首款自主内核的5G小基站芯片,去年7月,UCP1002 流片。UCP系列芯片基于MaPU技术以及“同心圆”本源模型,使用自研AppAISArc指令体系,成为国产小基站芯片的亮点产品。同时在本次通信展上,思朗科技宣布推出主要面向企业级应用场景的UCP4008芯片,公司称这将是国内首款企业级5G小基站芯片。
2020年,中国已经成为5G最大的市场,去年全中国的5G连接数超过2亿。但是,5G小基站上游芯片起步较晚,与中游众多的通信厂商和下游众多应用场景比较,国产化程度低,参与者少成为亟待解决的问题。
广阔市场已经打开
如上所说,英特尔、恩智浦、高通三大巨头分别采用FPGA、Arm多核架构和ASIC芯片,而国内则看重ASIC和RISC-V架构。ASIC定制化强,且功耗更低,性能更强,成为国内主要玩家的首选架构。而RISC-V架构因其开源的特性,成为国内玩家的“新宠”。
据半导体产业纵横测算,国内5G小基站的市场规模至2025年或超过250亿元。相关机构曾估算国内到2025年预计5G小基站达1000万个左右,如果按小基站市场平均价格2500元估算,保守估计国内市场规模或超250亿人民币。
“诱人”的市场前景在前,如何在竞争格局中逆流而上,成为国内公司必须面临的课题。相比国外厂商,国内公司更加了解中国市场,可以打造性能、功耗俱佳的产品以及安全可靠的生态。有目标就不怕路远,5G小基站芯片等待星光中的赶路人。