滿足5G標準需求 廠商加速半導體技術布局

5G NR是5G的先行標準，其開發方式相當多元。資料來源：Qualcomm

隨著標準的逐一提出與底定，5G的商轉時間也逐漸逼近。憑藉高網速低功耗的傳輸特色，5G在IT產業的定位不僅止於3G與4G的手機應用，其應用觸角將會延伸到物聯網、車聯網、智慧交通、智慧醫療、工業4.0等，成為智慧城市系統的核心網路，其商機將遠遠超過現在的4G，也因此各大半導體廠商在過去幾年即已開始布局，投入相關技術的研發。

5G的主要應用被設定在eMBB、MIoT與MCC等3大面向，其中eMBB是強化行動設備的上網速度；MIoT則是鎖定在物聯網領域，讓系統中的前端無線感測節點可與5G基地台連結；MCC為有高即時性需求如製造系統、交通基礎建設、醫療等領域。

就發展軌跡來看，上述3大應用面向在目前的4G已略見雛形，不過在5G時代，這些應用將會被進一步確立與擴展。不過也由於應用不斷被提出，5G從被提出至今，各類型技術提案與標準制定一直未能底定，而為避免因標準難產導致商轉時期被延宕，業界開始推動Pre 5G技術，5G NR(New Radio)就是其一。

相較於原來將eMBB、MIoT與MCC等3大領域同時納入的做法，5G NR則先具焦在eMBB上，由於此一應用延續現在的4G市場，其目標族群明確、商機也最大，因此有助於此技術的發展，至於另外兩大應用，雖然未來成長潛力驚人，不過仍需等待其生態鏈的建立，因此現在並不急著投入。

作為Pre 5G角色，5G NR的最重要目標就是要讓要讓市場先動起來，待標準全面底定並商轉後再與5G相容，也就是說，5G NR所採用的射頻標準，包括調變、編碼等，都會是未來5G所用，由於這種「預相容」的做法，不像一般標準制定因需與之前標準相容，在沒有過去包袱的情況下，可完全以未來的應用為設想，制定出全新標準，加速5G的落地商轉時程。

5G NR雖以是5G的先行標準，不過對3GPP組織來說，顯然還不夠快，該組織再將5G NR拆成單獨型(Standalone；SA)與非單獨型(Non-Standalone；NSA)兩種，讓後者先一步上路。

這兩者的做法差異在與LTE基地台的使用，單獨型是由5G NR基地台負責所有運作；非單獨型則是由LTE基地台負責手機與用戶端的通訊協調，5G NR基地台只提供更高速度的數據傳輸服務，透過4G與5G的混用，讓5G NR可以提早一步上路。

對電信運作商、系統業者與消費大眾來說，5G NR可提早落實5G的應用，不過對晶片設計者來說，技術面有其難度。現行的LTE頻譜多在6GHz以下，但為了拓展應用，5G將頻譜制定在6？100GHz，此一作法大幅提升了5G射頻晶片的設計難度。

過去每一代通訊標準的問世，都對射頻晶片帶來嚴苛挑戰，歷經幾次發展，其歷程大多一致，在初期都是以高技術難度、高成本、高功耗、低良率、低整合的方式進行，隨者市場量確定與技術突破，高良率、高整合、低成本、低功耗的SoC與晶片組才會出現，目前看來5G NR也會走上相同之路。

再從技術面來看，5G NR將載波聚合(Carrier Aggregation；CA)進一步應用，此技術過去主要作為同為LTE的通道頻寬聚合之用，後來的LTE-U/LAA將Wi-Fi也納入，5G NR則是用相同方式，將5G與LTE聚合，由於目前全球以有多數電信營運商透過載波聚合技術，提升手機上網速度，因此LAA (Licensed Assisted Access；授權輔助接取)與5G NR的複製使用，將可讓頻寬速率加快，有助於其實用時程的提前。

除了IC設計之外，5G也帶來了半導體製程的變動，為求效能與功耗，過去高頻通訊晶片都會採用化合物半導體製程，包括氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)等，一直到市場成熟後與製程技術突破後，才會採用塊矽(Bulk-Si CMOS)矽基板與CMOS結構技術，讓成本下降並提高整合度。

在5G發展初期也會是如此，尤其是訴求高傳輸速度與低延遲而採用高頻段的eMBB應用，由於高傳輸速度會產生高功耗，而eMBB的主要設備多為對功耗敏感性較高的手機、筆電等，因此化合物半導體在5G時代中將有進一步成長。

就目前市場發展來看，5G NR的時程已經確立，為搶奪龐大商機，各晶片廠商也加快布局速度，全球通訊大廠高通(Qualcomm)在2017年推出Snapdragon X50 5G數據機晶片後，2018年初的MWC又宣布將Snapdragon X24 LTE數據機晶片送樣，Snapdragon X24 LTE的主要特色是在下行鏈路支援7個載波聚合，由於其中5個聚合的LTE載波可支援4X4 MIMO，因此LTE共存空間流可達20個，這也讓搭載此晶片的設備，可充分利用電信營運商所提供的頻譜資源。

另一通訊大廠ADI(亞德諾)則是同時強化低頻與高頻的技術研發，採用大規模天線陣列技術的5G，在整合度與頻寬方面，對射頻晶片都有更高要求，因此在毫米波(mmWave)頻段，可提高整合度同時降低成本的SiGe製程將取代GaAs，而ADI就以SiGe製程推出毫米波射頻解決方案。

在低頻部分，其整合度和成本也是射頻前端的設計重點，尤其是新分配到的4.9GHz頻段，其射頻元件的效能與成熟度仍有提升空間，在這方面，ADI則推出了高整合與低功耗的射頻全訊號鏈整合產品。

至於Intel則以多模數據機Intel XMM 8000與Intel XMM 8060兩大產品為主，前者可運行於中低頻的6GHz與高頻段的毫米波，應用領域除了PC、手機等消費性設備，無線通訊用戶端設備(CPE)與汽車也可使用。Intel XMM 8060則為多模設計，可支援包括5G NSA、SA與其他長距離無線通訊標準，此產品預計在2019年中才會搭配客戶產品推出。

除了歐美大廠外，台灣與中國通訊大廠的動作也相當積極，在2018的COMPUTEX的記者會上，聯發科宣布推出首款5G數據晶片M70，並預計2019年將有機會看見搭載聯發科5G數據晶片的產品推出。

不過總經理陳冠州也指出，M70是獨立型晶片，未來要在市場上放量，還是必須依賴與單晶片整合的數據晶片，至於華為則是在2018年MWC上發布了首款5G商用晶片-巴龍5G01(Balong 5G01)和5G商用終端–華為5G CPE，5G智慧手機則預計將在2019年上市。

就整體發展來看，由於5G的應用繁多，晶片的設計也將更趨複雜，包括各種天線共享、多功能模組的整合，對晶片性能與體積都會有所影響，不過隨著技術的持續突破，目前多數大廠的產品都漸趨完備，5G的落地商轉願景將會在近期落地實現。