5G R17帶來的芯片機會_風聞

來源：內容由半導體行業觀察（ID:icbank）原創，作者：李飛，謝謝。

隨着5G無線通信的推廣，其標準也在不斷演進。5G在最初的標準中，定義了三大類應用，即用於高性功能通信場景的大寬帶高速互聯eMBB，用於可靠低延遲通信的URLLC，以及用於超大通信覆蓋面積，主要針對低成本IoT應用的LPWA。這三類應用覆蓋並賦能了大量新的應用場景，包括手機、工業、IoT的等等。而在明年即將正式發佈的最新5G標準（3GPP Release 17）中，則定義了一種更細化的新5G標準，即Reduced Capacity（RedCap，意為“低容量”），主要針對對於通信帶寬有一定需求，但是同時對於成本也有要求的應用場景，例如可穿戴設備。

從標準的定義上來看，5G RedCap最主要的不同包括：

帶寬較小：相對於之前的100MHz（FR1）/200MHz (FR2)帶寬，RedCap的帶寬為20MHz（FR1）/100MHz（FR2）。調製方式較為簡單：RedCap使用64QAM，相比之前的256QAM調製方式來説有顯著簡化，這意味着無論是射頻部分還是基帶部分的要求都有所降低。MIMO簡化：RedCap通常只使用單個射頻鏈路，而傳統5G需要使用2-4層MIMO

RedCap的帶寬雖然較傳統5G要小，但是它的碼率並不低，其下行和上行碼率在單鏈路20MHz帶寬的情況下可達75/50 Mbps。相對地，4G LTE Cat1在使用20MHz帶寬的時候，其下行和上行碼率則只有10/5Mbps，可見相對於4G LTE Cat1來説，RedCap的數據率仍然有顯著提升。

另一方面，相對於傳統5G來説，RedCap的鏈路複雜度和成本則有明顯改善。通過簡化射頻鏈路數量並簡化MIMO和調製方式，RedCap的成本根據3GPP的估計可以減小2-5倍。另外，在RedCap標準中還引入了一些節省功耗的手段（例如延長喚醒間隔），這也將能減小使用RedCap設備的功耗。

5G RedCap帶來的新市場機會

如前所述，5G RedCap主要針對的是對於帶寬、功耗、成本等需求都基於eMBB和LPWA之間的應用：它的帶寬和通信碼率低於eMBB，但是遠高於LPWA；它的功耗和成本高於LPWA，但是卻又遠低於eMBB。目前來看，這樣的需求介於中間的應用主要是可穿戴設備，以及安防等應用使用的視頻監控。

以智能手錶為例的可穿戴設備是RedCap的主要目標市場之一。目前，市面上的支持蜂窩通信的可穿戴智能手錶中，通常使用LTE（主要用於高端手錶例如Apple Watch）或更早的標準（例如3G甚至2G GSM，通常用於中低端手錶），但是這樣的標準難以滿足未來智能手錶對於通信速度的需求。例如，目前已經有智能手錶支持視頻通話，而未來這樣的需求可能會越來越多，因此對於蜂窩無線通信的速度會有越來越高的需求，而RedCap所支持的下行75Mbps的碼率將能更好地支持類似的多媒體應用。更重要的是，視頻通話不僅僅需要較高的下行碼率，對於上行碼率也有需求，而RedCap在上行碼率上擁有相對LTE cat1高達10倍的提升，因此將會成為相關應用較好的選擇。

另一方面，可穿戴設備對於複雜度、功耗和成本也有其考量。5G RedCap需要的射頻通信鏈路較為簡單，需要的天線數目較傳統5G要少，因此能更好地滿足可穿戴設備對於尺寸的需求，同時5G RedCap在成本上和功耗上的優勢也會給可穿戴設備帶來很大幫助。我們認為，隨着5G RedCap在可穿戴設備上的推廣開，我們會看到以智能手錶為代表的的新一代可穿戴設備進一步智能化（例如可以在5G RedCap較高通信碼率和較低延遲的支持下運行在雲端的人工智能算法）和多媒體化（例如更高質量的視頻通話）。

5G RedCap的另一大應用是以安防為代表的的視頻監控應用。在這類視頻監控應用中，最關鍵的需求是可靠性以及上行碼率，同時對於成本也有一定考量。5G RedCap在提供可靠的通信覆蓋的同時，其主要優勢在於能提供足夠的上行碼率（50Mbps可以支持高清視頻傳輸），同時複雜度也相較於之前的方案（LTE Cat 4）大大改善。我們認為，5G RedCap也將會對於各種智能監控，尤其是在大規模野外部署的監控（例如用於智能農業的視頻監控），起到很強的助推作用，從而讓5G能更好地服務於這些下一代智能行業應用。

芯片競爭格局

5G RedCap將會為5G打開全新的市場，因此可望會成為芯片公司的爭奪目標。首先，我們可以大概預估支持5G RedCap的modem芯片的上市時間，為此我們可以參考之前第一版5G標準發佈和之後的芯片上市時間：5G第一版標準於2018年第一季度正式發佈，而此後modem芯片首發時間大約是2019年第三季度（高通 X50）和第四季度（高通X55，三星 Exynos S5100，聯發科Dimensity 700）；而5G RedCap預計於2022年第二季度發佈，因此我們估計芯片將於2023年第四季度左右上市，因此我們最早可能會在2024年左右看到使用5G RedCap的可穿戴設備。

在5G RedCap的芯片競賽中，目前高通是聲勢最大的。在今年六月底於巴塞羅那舉辦的世界移動技術大會（Mobile World Congress）中，高通已經展示了其5G RedCap的原型系統。我們估計高通也將延續其在競爭中首先推出X50 5G modem的勢頭，可能在2023年首先推出支持5G RedCap的modem芯片。

除了高通之外，三星估計也會在5G RedCap芯片競賽中扮演重要角色。三星的智能手錶目前在全球智能手錶的市場佔有率名列前茅，為了牢牢佔據5G智能手錶的市場，我們估計三星支持5G RedCap的芯片也將會在2023到2024年搭配其相關產品一起推出。相對而言，目前智能手錶出貨量最大的蘋果是否會使用自研的5G RedCap芯片則存在一定的不確定性。蘋果確實在大力發展其自研無線通信芯片團隊，但是其5G智能手錶是否會首先使用自研的5G RedCap芯片還是會直接採購其他廠商的產品（例如高通），目前的信息還不足夠我們做出一個較好的判斷。另外，中國台灣地區的聯發科預計也將會在相應的時間點推出相應產品。

中國大陸的芯片公司在5G RedCap領域也有很不錯的機會。從技術上來説，5G RedCap芯片的複雜度略低，設計門檻總體來説要低於5G eMMB產品，同時需要的半導體工藝節點也不一定要最先進的節點。中國公司同時也有動力去牢牢抓住5G RedCap市場：目前在全球智能手錶市場中，華為和三星以8%的份額並列第二，因此我們認為自研5G RedCap芯片對於華為來説將會成為一個能實現差異化競爭的重要砝碼。同時，由於5G RedCap需要的射頻前端複雜度預期會比傳統5G要低，加之目前離正式上市還有3年時間，我們可能可以樂觀地估計到2024年華為有機會能推出基於自研芯片加上國產化射頻前端方案的5G RedCap智能手錶。此外，智能視頻監控領域的5G RedCap對於華為來説也將是一個重要的市場，同時由於視頻監控對於功耗的需求相對較為寬鬆，這更加保證華為即使只能使用成熟工藝（例如16nm）也能設計出符合需求的5G RedCap芯片。因此，我們對於華為在5G RedCap芯片領域的前景持較為樂觀的態度。除了華為之外，由於5G RedCap的市場很大，中國大陸的其他無線通信芯片公司（例如紫光展鋭）和射頻前端廠商都有希望在未來推出相關產品，以幫助中國大陸的芯片行業真正在5G終端領域的新興市場和應用中站穩腳跟，並且逐漸向更高端的市場繼續發力。