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蘋果自研5G基帶晶片真成了？
台北時間2月20日，蘋果正式發佈了全新的廉價版機型iPhone 16e，這款新機的特別之處在於，其首發搭載了蘋果自研的5G數據機（基帶）C1。這也是蘋果自2019年7月收購英特爾手機基帶晶片業務之後，自研5G基帶晶片又經歷了近6年的“難產”之後的首個成果。
Apple C1：4nm製程，不支援毫米波技術
雖然蘋果並未公佈關於C1 的細節參數，但是據路透社報導，蘋果硬體技術高級副總裁約翰尼·斯魯吉 (Johny Srouji) 在加州桑尼維爾的蘋果矽谷實驗室接受採訪時表示，C1是蘋果迄今打造的最複雜的技術，其採用的是先進的4nm晶片製程技術製造，配套的射頻晶片則採用的是7nm製程技術製造。
從蘋果官網披露的iPhone 16e的蜂窩網路和無線連接規格來看，C1支援大多數關鍵的 4G 和 5G 技術，包括具有 4x4 MIMO 的 sub-6 GHz 5G網路，具有 4x4 MIMO、FDD-LTE、TD-LTE 的千兆 LTE，以及相容 2G 和 3G 網路。
蘋果表示，C1可提供快速穩定的5G行動網路連線，連接性能顯著提升。
此外，C1還整合了Wi-Fi 6和藍牙5.3模組，還具有定製GPS系統和衛星連接功能，能夠方便 iPhone 使用者在沒有移動資料網路時使用。
不過，C1並不支援Wi-Fi 7、5G毫米波、TDD（時分雙工）4G 和TDD 5G 網路，以及 DC-HSDPA。這也使得C1在能耗上得以降低。
雖然5G毫米波可以提供非常高的資料傳輸速率，但要支援5G毫米波，手機就必須封裝相控陣天線並嚴重依賴波束成形技術。支援毫米波的 5G手機必須不斷調整波束並即時管理多個天線元件，這意味著更強的訊號處理能力、更頻繁的功率放大器使用和更高的功耗。
TDD 網路使用單一通道進行上行鏈路和下行鏈路傳輸，但時間間隔不同，這增加了靈活性並提高了頻譜效率，使其在人口密集的城市地區受益。但是，TDD 網路要求手機和基站之間有嚴格的時序同步，以及 UL 和 DL 之間的切換，因此手機必須不斷調整其傳輸時序和無線電電路，這增加了處理開銷並增加了功耗。此外，在訊號較弱的區域，手機必須增加其傳輸功率才能保持連接，這在 TDD 中比在 FDD 中更費力。
DC-HSDPA功能通過使用兩個載波頻率而不是一個來提高資料速率，這意味著裝置的無線電元件需要更加努力地工作，從而會導致功耗增加。
因此，C1雖然放棄了對於5G毫米波、TDD 和 DC-HSDPA的支援，但是也避免了功耗方面的問題。再加上基帶晶片和射頻晶片分別採用了4nm和7nm的先進製程工藝，功耗無疑也將會被進一步降低。
C1 與 iPhone A系列處理器晶片的緊密整合，也將使得其功耗和體驗得以進一步最佳化。蘋果無線軟體副總裁阿倫·馬蒂亞斯 (Arun Mathias) 解釋稱，如果 iPhone 遇到資料網路擁塞，手機的處理器可以向基帶晶片發出訊號，告知那些資料對時間最為敏感，並將其置於其他資料傳輸之前，從而使手機能夠更迅速地響應使用者的需求，
此外，C1和軟體（iOS系統）的緊密整合，也將使得它可以啟用自己的專有電源狀態，從而能夠在不降低性能的情況下降低功耗。
這或許也是為什麼，蘋果稱 C1 是“iPhone上有史以來最節能的數據機”，並且還提供“快速可靠的 5G 連接”。
雖然蘋果並未透露C1晶片的峰值下行速率，但缺少了毫米波技術的加持，其速率可能並不高。網路上有相關猜測稱，C1的峰值下行速率可能只有4Gbps，這與高通5G基帶晶片——驍龍X70的10Gbps峰值下行速率相差甚遠。
iPhone 16e作為首款搭載蘋果自研5G基帶晶片C1的試水之作，如果後續市場反饋良好的話，蘋果今年推出標準版iPhone 17 和低端 iPad 機型上也將會搭載C1晶片。
蘋果自研5G基帶晶片歷程
2017年初，蘋果認為高通濫用其在通訊基帶晶片領域的壟斷地位，專利授權費收費過高，在美國和英國起訴了蘋果，並且拒絕向高通支付專利授權費。隨後，蘋果與高通之間的專利授權費問題以及專利糾紛全面爆發，雙方在全球展開了訴訟，兩者之間的關係也是急劇惡化。在此過程中，蘋果減少了高通基帶晶片的採用，轉向了採用英特爾的基帶晶片。似乎就在這個時間點前後，蘋果就已經開始了自研5G基帶晶片處理程序。
2019年4月16日，蘋果結束了與高通持續了數年的專利訴訟糾紛，雙方達成了和解，撤銷了所有訴訟，同時蘋果還向高通支付一筆費用（至少45億美元），並且簽訂了一份長達6年的新的專利授權協議。而在同一天，英特爾也宣佈了放棄了手機基帶晶片的研發。
數月之後，2019年7月，蘋果宣佈以10億美元收購了英特爾“大部分”的手機基帶晶片業務，這也意味著蘋果後續採用自研的手機基帶晶片。由於在此之前，英特爾的就已經推出了5G基帶晶片，只是由於沒有達到蘋果的要求，才最終放棄。因此，蘋果收購英特爾的手機基帶業務無疑將助力蘋果自研的5G基帶的順利推出。
根據2020年2月爆發的一份由美國國際貿易委員會（ITC）公佈檔案顯示，蘋果至少在2024年前都需要購買高通的5G基帶。該檔案當中提到，2020年6月1日到2021年5月31日蘋果將使用驍龍X55基帶，2021年6月1日到2022年5月31日使用驍龍X60，2022年6月1日到2024年5月31日使用驍龍X65或者驍龍X70。
隨後，在2021年11月的高通投資者日會議上，高通透露向蘋果供應基帶晶片的業務在未來兩年會收縮，2023年大概只有20%的iPhone才會用高通基帶。高通的這一表態，也讓外界猜測，蘋果自研的5G基帶可能會率先在iPhone 14系列上率先採用。
雖然此後關於蘋果自研5G晶片的傳聞不斷，但是卻一直是“只聽雷聲，不見雨點”。
2023年9月，蘋果與高通簽署了一項新的協議，高通將繼續為2024年、2025年和2026年推出的蘋果iPhone供應5G基帶晶片及射頻系統。此舉也反映了蘋果自研5G基帶晶片計畫遭遇了挫折，迫使蘋果不得不繼續使用高通的5G基帶晶片。
所幸的是，時隔1年半之後，蘋果首款自研5G基帶晶片終於是在iPhone 16e上商用了。但此時距離蘋果收購英特爾手機基帶晶片業務也已經過去了近6年之久，這也反映了5G基帶晶片研發的困難，即便是強如蘋果這樣的巨頭，也難以一蹴而就。
5G基帶晶片研發為何那麼難？
早在2G/3G時代，市場上的手機基帶晶片供應商原本有十多家之多，但每一代的技術升級，都伴隨著供應商的大洗牌。
而隨著4G時代的來臨，基帶晶片廠商所面臨的技術挑戰也是越來越大，所需要專利儲備以及研發投入也呈直線上漲，門檻也是越來越高，如果沒有足夠的出貨量支撐，那麼必然將難以為繼。所以在這個階段，博通、TI、Marvell、Nvidia等曾經的手機基帶晶片廠商都相繼都退出了這個市場。
進入5G時代，隨著英特爾在2019年的退出，目前僅有高通、聯發科、展銳、華為、三星和剛剛推出5G基帶的蘋果這六家供應商。其中，三星、華為和蘋果的5G基帶晶片主要是自用。這也導致了目前公開市場上的5G基帶晶片供應商僅有高通、聯發科和展銳三家供應商。
而造成基帶晶片供應商持續減少的關鍵原因則是，隨著移動通訊網路標準的持續升級，基帶晶片廠商所面臨的技術挑戰和成本投入也是越來越大。
1、高頻寬、低延時與海量連接帶來的挑戰
由於5G與3G、4G標準要求大為不同，5G不僅要追求更高的資料吞吐量，還要具備更大的網路容量（支援更多的連線）、更低的時延與更好的服務質量（QoS），因此5G基帶晶片的研發設計會比3G/4G更為複雜，面臨更多的技術挑戰。
2、毫米波支援
毫米波是5G技術的一個重要特性，它具有高頻寬和大傳輸速度的特點，但訊號容易受到干擾。為了確保毫米波的高效傳輸，5G基帶晶片需要在射頻天線模組的設計上做出很多的最佳化。
3、多頻段相容
由於各個國家和地區使用的手機通訊頻段不同，5G基帶晶片必須支援多個頻段相容，這增加了設計的複雜性。比如，3GPP制定的5GNR頻譜就有29個頻段。
4、多模相容
5G基帶晶片除了支援5G網路模式外，還需要同時相容2G/3G/4G網路模式，支援的模式數量增加也使得設計難度有所增加。僅國內4G手機所需要支援的模式已經達到6模，5G手機則需要達到7模。比如，中國移動、中國聯通、中國電信三大營運商的4G/3G/2G網路包括TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、CDMA(EVDO、2000)、WCDMA、GSM。
5、算力需求提升
5G時代對於資料傳輸量和傳輸速率的要求都非常高，這就要求5G基帶晶片設計有更強的DSP（數字訊號處理）能力支援龐大的資料運算，同時保持高效運算。
6、系統散熱問題
5G基帶晶片在處理大量資料和高速運算時會產生大量熱量，因此需要解決系統散熱問題。
7、測試與認證
5G基帶晶片在設計完成之後，在進入整機銷售之前，還需要經過各種的測試與認證。比如IOT互操作測試、儀表模擬和現網驗證、適配營運商網路的測試、營運商的入庫測試、適配不同城市網路情況的測試等。可以說，一顆基帶晶片需要跑遍全球營運商和全球的主要城市去做場測，然後不斷的發現問題解決問題，相當的費時費力和費錢。
蘋果表示，其C1晶片經過 55 個國家的 180 家營運商的測試，以確保它們能夠在蘋果發售 iPhone 16e的所有地方使用。
8、專利
目前的基帶晶片市場是一個高度成熟和高度競爭的市場，僅剩的玩家只有個位數，而有做出5G基帶的晶片的更是只有高通、聯發科、展銳、華為、三星和蘋果這六家廠商，而蘋果作為最後入場的玩家，必然面臨前面五家5G基帶晶片廠商多年來所積累的通訊專利壁壘，以及諾基亞、愛立信等眾多通訊裝置大廠的通訊專利壁壘。
不過，需要指出的是，蘋果在2019年7月斥資10億美元收購英特爾手機數據機業務之後，不僅獲得了2200人團隊，也獲得了17000項無線技術專利。這也在一定程度上彌補了蘋果在通訊專利上的薄弱。但是隨著搭載蘋果自研5G基帶晶片的iPhone 16e的上市，相信眾多的通訊專利廠商都會紛紛研究蘋果的5G基帶晶片，以進一步確認是否有侵犯自家的通訊專利，這可是一塊“大肥肉”。
2027年全面取代高通基帶晶片？
根據此前彭博社記者馬克·古爾曼(Mark Gurman)的爆料顯示，蘋果將會在2026年推出第二代的5G基帶晶片，峰值下行速率將會提升到6Gbps，並支援毫米波技術，以便更好的替代高通的5G基帶晶片，屆時iPhone 18 Pro系列以及 iPad Pro 的高端版本或將搭載。
蘋果2027年推出的第三代5G基帶晶片則可能會在性能上追上高通的5G基帶晶片，甚至實現擊敗高通。蘋果的目標是在5G基帶晶片的性能和效率以及 AI 功能方面擊敗高通。
值得注意的是，2024年1月，蘋果將其與高通的合作協議延後到2027年3月。如果後續雙方合作不再延期，這也將意味著蘋果自研5G基帶晶片有望在2027年實現對於高通的5G基帶晶片的完全替代。
“我們為幾代人打造了一個平台，C1 是一個開始。我們將在每一代中不斷改進這項技術，以便它成為我們的一個平台，讓我們的產品真正與眾不同。”蘋果硬體技術高級副總裁約翰尼·斯魯吉 (Johny Srouji) 說道。
顯然，如果一切順利的話，蘋果確實有望在2027年實現在其iPhone、iPad等全系列產品中實現自研基帶晶片對於高通基帶晶片的替代。此舉預計將幫助蘋果節省一大筆向高通採購基帶晶片的費用。不過，預計蘋果仍需要向高通支付通訊專利授權費。
對於高通來說，從現在開始，來其來自蘋果的營收就將開始受到持續的負面影響。此前華爾街研究機構Wolfe Research分析師Chris Caso就曾發佈的研究報告稱，蘋果將會在2025年推出的iPhone 17系列當中首次匯入自研的5G基帶晶片，預計將造成蘋果對高通貢獻的營收同比減少35%，預計2026年將再度減少35%。 (芯智訊)