《電子技術(shù)應(yīng)用》
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5G手機(jī)為什么這么快,?

2020-03-04
來(lái)源:與非網(wǎng)
關(guān)鍵詞: 5G 高通驍龍 SoC芯片

  5G時(shí)代,“快”仿佛成了最嘹亮的主打歌,。

  不論是系統(tǒng)設(shè)備商(賣基站),,運(yùn)營(yíng)商(賣流量),,還是手機(jī)廠商(賣手機(jī)),,同為 5G 這一條產(chǎn)業(yè)鏈上的兄弟,正在合唱出 5G 時(shí)代的最強(qiáng)音,。

  那么,,作為吃瓜群眾,怎樣直觀地感受到 5G 的速度,?基站離我們太遠(yuǎn),,但是手機(jī)離我們很近。要感受 5G 的速度,,換一個(gè)最新的旗艦機(jī),,足矣!

  手機(jī),,可以簡(jiǎn)單理解為微縮版的電腦,。電腦上的核心三大件:處理器,內(nèi)存和硬盤在手機(jī)上都能對(duì)應(yīng)到相似功能的器件,,只是名稱不同罷了,。

  而 5G,就相當(dāng)于連接電腦和網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)線,,只是相比之前的 2G,,3G 和 4G 速度快了很多。然而電腦的運(yùn)行是否流暢,,僅僅數(shù)據(jù)收發(fā)快是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,,還必須考慮到處理器性能是否跟得上,以及內(nèi)存和硬盤的讀寫速度等等,。

  手機(jī)也不例外,。從近期發(fā)布的各大旗艦機(jī)來(lái)看,,除了 5G 這個(gè)炙手可熱的焦點(diǎn)之外,,還有一些莫名其妙的縮寫作為賣點(diǎn),如驍龍 865,,NSA/SA,,LPDDR5,UFS3.1,,WiFi6 等等,,不一而足。

  手機(jī)廣告再酷再炫,,對(duì)這些專業(yè)名稱總是語(yǔ)焉不詳,。把手機(jī)想搞個(gè)明明白白咋就這么難?其手機(jī)要用著“爽快”,,無(wú)非就是數(shù)據(jù)收發(fā)快,,數(shù)據(jù)處理快,,數(shù)據(jù)讀寫快這“三快”而已。

  下面,,蜉蝣君將逐個(gè)簡(jiǎn)要介紹下這些縮寫背后的技術(shù)內(nèi)涵,。

  一、

  驍龍 865(數(shù)據(jù)收發(fā)快,,處理快)

  這是高通最新發(fā)布的移動(dòng)平臺(tái),,號(hào)稱當(dāng)前功能最為強(qiáng)悍的手機(jī)芯片,集成了 CPU 和 GPU,,可以實(shí)現(xiàn)視頻處理,,音頻處理,相機(jī),,安全,,定位,顯示等諸多功能,。

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  △ 高通驍龍 865 芯片

  這種集成了手機(jī) 80%以上功能的統(tǒng)一平臺(tái),,業(yè)界叫做片上系統(tǒng),英文為 System on Chip,,簡(jiǎn)稱 SoC,。

  SoC 的高集成度讓其更容易放入手機(jī)這個(gè)狹小的空間中,各模塊間的協(xié)作也能有效降低功耗,,因此成為了手機(jī)應(yīng)用芯片的主流設(shè)計(jì),。

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  △ 高通驍龍 865 芯片內(nèi)部模塊

  驍龍 865 這款 SoC 芯片到底有多強(qiáng)呢,?

  它采用臺(tái)積電的 7 納米工藝制造,,CPU 支持 8 核,,GPU 可提供“PC 級(jí)”渲染能力和游戲 HDR 顯示優(yōu)化功能,,可支持 QHD+分辨率下 144Hz 最大刷新率,。

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  △ 不同分辨率的含義

  如上圖所示,,QHD+就是俗稱的 2K 分辨率,,比傳統(tǒng)的全高清 1080P 還要高上一個(gè)級(jí)別,。而刷新率是畫面顯示在每一秒更新的次數(shù),,數(shù)值越高畫面越細(xì)膩流暢,。

  并且,驍龍 865 的影像功能也極大增強(qiáng):擁有 10 億像素級(jí)別性能,,可以每秒處理 20 億像素,,并可在 4K HDR 錄制的同時(shí)進(jìn)行 6400 萬(wàn)像素拍攝。

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  △ 高通驍龍 865 芯片功能強(qiáng)大

  由上圖可見(jiàn),,除了前面提到的幾點(diǎn)之外,,這款芯片在游戲和人工智能等性能上都信心滿滿。

  手機(jī)的通信能力怎么樣,是否支持 5G,,取決于一個(gè)叫做“基帶”的模塊,。

  基帶(Baseband)的意思就是最原始的低頻信號(hào),也叫基帶信號(hào),,隨之,,把處理基帶信號(hào)的電路和芯片,也就簡(jiǎn)稱為基帶了,。簡(jiǎn)單理解,,基帶就是指的基帶芯片。

  手機(jī)支持是否能支持 2G,,3G,,4G,5G 等不同制式,,實(shí)現(xiàn)什么高級(jí)的通信功能,,能達(dá)到多大的下載速率,都是由基帶芯片決定的,??梢哉f(shuō),基帶芯片就是手機(jī)通信功能的靈魂,。

  如前所述,,手機(jī)要正常工作,必須具備兩套芯片:處理 5G 信號(hào)的基帶芯片,,和前面提到的處理其他功能的主芯片(應(yīng)用芯片),。

  基帶芯片和應(yīng)用芯片這兩個(gè)部分咋樣組合呢?有兩個(gè)方案,。

  方案 1:兩個(gè)芯片作為獨(dú)立的單元協(xié)同工作,,叫做基帶芯片外掛。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)芯片可以靈活組合,,但會(huì)讓電路設(shè)計(jì)更加復(fù)雜,,功耗和成本有所上升。

  方案 2:兩個(gè)芯片融為一體,,成為一個(gè)統(tǒng)一的 SoC 平臺(tái),,集成度高,,功耗可以進(jìn)一步低,,信號(hào)的穩(wěn)定性也更高。

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  △ 應(yīng)用芯片和基帶芯片

  我們本文講到的高通驍龍 865 采用的是方案 1:基帶芯片外掛,。

  其外掛的 X55 基帶芯片,,可支持 5G 獨(dú)立(SA)和非獨(dú)立(NSA)組網(wǎng),Sub6G,毫米波等多個(gè)頻段,,以及載波聚合,,DSS 等多種 5G 黑科技,可以達(dá)到 7.5Gbps 的峰值速率,。

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  △ 高通 X55 基帶

  總而言之,,高通的驍龍 865 平臺(tái)加上 X55 基帶強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,能支持 5G 幾乎所有部署模式和頻段,,網(wǎng)速快,,處理速度也快!

  二,、

  WiFi6(數(shù)據(jù)收發(fā)快)

  在流量費(fèi)用高昂的 3G 和 4G 初期,,WiFi 曾經(jīng)是智能手機(jī)暢快上網(wǎng)的必須,速度快還不要錢,,號(hào)稱繼水和電之外的第三大基礎(chǔ)需求,。

  曾經(jīng),很多人的進(jìn)門之后說(shuō)的第一句話就是:“WiFi 密碼是多少,?”,。但有可用 WiFi 的地方畢竟有限,于是連蹭網(wǎng)都成了剛需,。

  自從 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)被 IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))在提出以來(lái),,經(jīng)過(guò)了 20 年的蓬勃發(fā)展,一步一個(gè)腳印,,出了一個(gè)又一個(gè)協(xié)議版本,,從 802.11n 開(kāi)始,下載速率有了質(zhì)的飛越,。

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  △ 歷代 WiFi 協(xié)議

  然而隨著 4G 的全面覆蓋和提速降費(fèi)的不斷推進(jìn),,流量的價(jià)格已經(jīng)足夠便宜,大家對(duì) WiFi 的依賴逐漸降低,,對(duì)流量的使用也不再像以前那樣精打細(xì)算,,隨時(shí)隨地刷視頻也毫不心疼了。

  5G 來(lái)了,,流量將更加便宜,,WiFi 又將何去何從?很顯然 WiFi 并不甘于被邊緣化的命運(yùn),,推出了最新的標(biāo)準(zhǔn) WiFi6,,欲和 5G 相抗衡。

  顧名思義,,WiFi6 就是第六代 WiFi 技術(shù),,雖然它的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱是 IEEE 802.11ax,,但是在宣傳上毅然摒棄了這一串反人類的字符,直接就叫 WiFi 6,,簡(jiǎn)潔明了,。

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  △ WiFi6 的 LOGO

  WiFi6 采用了 OFDMA 來(lái)支持多用戶接入,還有更高階的調(diào)制,、更大的帶寬,、更多流同時(shí)傳輸?shù)?MIMO,使其理論峰值速率達(dá)到了 9.6Gbps,,實(shí)際使用起來(lái)已經(jīng)跟 5G 的速率相當(dāng)了,。

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  △ 幾代 WiFi 技術(shù)的系統(tǒng)參數(shù)

  這些技術(shù)似乎聽(tīng)起來(lái)如此耳熟?其實(shí)它們也是 5G 的關(guān)鍵技術(shù),。各種標(biāo)準(zhǔn)之間相互借鑒,,好東西大家一起用也是共贏的選擇。

  無(wú)論如何,,WiFi6 和 5G 將互為補(bǔ)充,,在今后的旗艦機(jī)上擁有一席之地,共同為了“網(wǎng)速快”這一歷代通訊技術(shù)孜孜以求的目標(biāo)而在手機(jī)這一方寸之地縱橫馳騁,。

  LPDDR5 和 UFS3.1(數(shù)據(jù)處理快,,讀寫快)

  三、

  3.1 手機(jī)內(nèi)存和閃存

  說(shuō)到手機(jī)的內(nèi)存,,可能很多人會(huì)問(wèn):我的手機(jī)內(nèi)存是 128G,,這應(yīng)該夠大了吧?

  其實(shí),,此“內(nèi)存”非彼內(nèi)存,。一直以來(lái)人們對(duì)于手機(jī)存儲(chǔ)方面的叫法就非常混亂,,有內(nèi)存,,運(yùn)存,存儲(chǔ)空間,,閃存,,RAM,ROM 等等,,不同的叫法混淆不清,,把人繞得云里霧里。

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  △ 手機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)

  基于這些存儲(chǔ)器在手機(jī)內(nèi)部的用途,,可以把這些存儲(chǔ)分為兩類:

  1,、內(nèi)部臨時(shí)存儲(chǔ) APP 運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),用戶沒(méi)有權(quán)限使用的存儲(chǔ)空間,,可叫做“內(nèi)存”,,“運(yùn)存”,,“RAM”,。

  RAM 全稱為 Random Access Memory,,翻譯為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,其最大的特點(diǎn)是內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不能持久保存,,程序退出,,或者斷電關(guān)機(jī)時(shí)里面的數(shù)據(jù)都會(huì)被清除。本文講的 LPDDR5 就屬于這一類的存儲(chǔ),。

  2,、存儲(chǔ) APP 程序,個(gè)人照片,,音樂(lè),,文檔,個(gè)人能夠感受到的被這些資料逐漸占滿的存儲(chǔ)空間,,可叫做“存儲(chǔ)空間”,,“閃存”,“ROM”,。

  ROM 即是 Read Only Memory 的簡(jiǎn)寫,,翻譯過(guò)來(lái)就是只讀存儲(chǔ)器的意思。聽(tīng)起來(lái)有些不可思議,,既然 ROM 存儲(chǔ)的內(nèi)容是只讀的,,那么用戶還咋在手機(jī)上存音樂(lè)照片視頻(寫內(nèi)容)?

  其實(shí),,不需要糾結(jié) ROM 這個(gè)歷史名稱的本意,,現(xiàn)在的 ROM 早已演化到了 EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory,電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器),,也別這那一長(zhǎng)串單詞蒙蔽了雙眼,,只需知道 ROM 其實(shí)就是手機(jī)上那一塊存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的器件即可。

  因此,,在手機(jī)市場(chǎng)上,,ROM 就直接被認(rèn)為是手機(jī)的存儲(chǔ)容量。蘋果手機(jī)的 64G,,128G 等各種版本,,就是指的這一類存儲(chǔ)空間的不同。

  當(dāng)前的安卓手機(jī)配置中存儲(chǔ)組合一般會(huì)有 2GB+16GB,、3GB+32GB,、4GB+64GB 等等,這些加號(hào)前面的 2GB,、3GB,、4GB 就指的是 RAM,;加號(hào)后面的 16GB、32GB 和 64GB 等數(shù)值就指的是 ROM 的容量,。

  上述第 1 類存儲(chǔ)(RAM)決定了手機(jī)系統(tǒng)及 APP 運(yùn)行的速度,,第 2 類存儲(chǔ)(ROM)決定了手機(jī)上能存儲(chǔ)多少文件以及這些文件存取的速度。這兩種類型的存儲(chǔ)都是非常重要的,。

  這兩類存儲(chǔ)在電腦上的區(qū)分是非常明確的,,第 1 類(RAM)就是內(nèi)存條,第 2 類(ROM)就是硬盤,。大家都很清楚硬盤是用來(lái)存儲(chǔ)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)的,,永遠(yuǎn)不會(huì)有人說(shuō)自己的個(gè)人照片存在電腦內(nèi)存里。

  而到了手機(jī)上,,隨著使用人群的擴(kuò)大,,并且手機(jī)并不存在硬盤,“內(nèi)存”這個(gè)詞很容易被望文生義為“內(nèi)部存儲(chǔ)空間”的意思,,混淆由此發(fā)生,。

  一般安卓手機(jī)在宣傳時(shí),都會(huì)以 xGB RAM(或者內(nèi)存)+ xGB ROM(或者閃存)的方式來(lái)進(jìn)行,。這樣雖然簡(jiǎn)化但還是不夠明晰,,但也只能如此了。

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  △ RAM + ROM

  3.2  啥是“LPDDR5”,?

  LPDDR 是手機(jī)內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn),,全稱為 Low Power Double Data Rate SDRAM,是美國(guó) JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)(JEDEC Solid State Technology Association)面向低功耗內(nèi)存而制定的通信標(biāo)準(zhǔn),,以低功耗和小體積著稱,,專門用于移動(dòng)式電子產(chǎn)品。

  2019 年 2 月 20 日,,JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布了最新的標(biāo)準(zhǔn) LPDDR5,,至此標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)展到第五代(跟 5G 有異曲同工之妙)。有了標(biāo)準(zhǔn),,再經(jīng)過(guò)一年的產(chǎn)品化,,確實(shí)到了商用的時(shí)候。

  那么,,RAM 是怎樣演化到了 LPDDR5 的呢,?

  RAM 技術(shù)不斷向前發(fā)展,出現(xiàn)了 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,,同步動(dòng)態(tài) RAM),,之后又在 SDRAM 的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了 DDR SDRAM(Dual Data Rate SDRAM,雙倍數(shù)據(jù)速率 SDRAM),,簡(jiǎn)稱作 DDR,。

  SDRAM 在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù),,它只在時(shí)鐘上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;而有了 DDR 技術(shù)之后,,則可以一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可傳輸兩次數(shù)據(jù),,也就是在時(shí)鐘的上升沿和下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù)。因此數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到 SDRAM 的兩倍,。

  DDR 的主要特點(diǎn)是高帶寬,,低延時(shí),,所以更適合于 CPU 這種數(shù)據(jù)隨機(jī)讀取的場(chǎng)合,。熟悉電腦配件的朋友應(yīng)該對(duì) DDR3,DDR4 等內(nèi)存是非常熟悉的,。

  為了滿足顯示的應(yīng)用需求,,在 DDR 的基礎(chǔ)上誕生了 GDDR(Graphics Double Data Rate,圖像 DDR),,其特點(diǎn)是高帶寬,、高延時(shí),適合顯示圖像這種需要大數(shù)據(jù)量傳輸而對(duì)時(shí)延不太敏感的場(chǎng)合,。

  與此同時(shí),,為了支持手機(jī)等低功耗,小體積內(nèi)存等移動(dòng)式電子產(chǎn)品的需求,,同樣在 DDR 的基礎(chǔ)之上定義了 LPDDR(Low Power DDR,,低功率 DDR),又稱為 mDDR(Mobile DDR),,專門用于手機(jī),。

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  △ DDR,LPDDR,,GDDR 的關(guān)系

  由上圖可以看出,,用于手機(jī)內(nèi)存的 LPDDR 已發(fā)展到第五代,也就是最新的 LPDDR5,。從下圖看出,,相比于上一代標(biāo)準(zhǔn),LPDDR5 的性能提升是非常顯著的,。

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  △ 歷代 LPDDR 的性能提升

  除了出盡風(fēng)頭的主芯片平臺(tái)之外,,作為幕后英雄內(nèi)存架構(gòu)同樣也是制約系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。如果用城市來(lái)比喻 CPU 的話,,內(nèi)存就相當(dāng)于是城市間的交通系統(tǒng),。內(nèi)存架構(gòu)的升級(jí)相當(dāng)于動(dòng)車到高鐵的升級(jí),帶來(lái)的效率提升不言而喻,。

  3.3  啥是“UFS3.1”,?

  UFS3.1 是手機(jī) ROM(前面講到過(guò),,也叫閃存)的最新技術(shù),跟前面的 LPDDR5 一樣,,也是美國(guó) JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn),,在 2020 年 1 月剛剛發(fā)布了最新版本。

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  △ UFS:Universal Flash Storage

  UFS 的全稱是 Universal Flash Storage,,翻譯過(guò)來(lái)就是通用閃存存儲(chǔ)的意思,。UFS 后面帶的 3.1 自然就是該標(biāo)準(zhǔn)的版本號(hào)了,數(shù)字越大能力越強(qiáng),。

  跟它的上一代標(biāo)準(zhǔn) UFS3.0 相比,,UFS3.1 引入了一些新技術(shù),重點(diǎn)突出一個(gè)“快”字,。怎么個(gè)快法,?可以細(xì)分為寫入速度和讀取速度這兩個(gè)方面。

  首先寫入速度,,由于 UFS3.1 引入了寫入增強(qiáng)(Write Booster)功能,,其文件順序?qū)懭胨俣瓤蓮?UFS3.0 的 500MB/s 提升至 728MB/s。

  再說(shuō)文件的讀取,。手機(jī)在使用過(guò)程中會(huì)越用越卡,,其中非常重要的原因之一是越讀越慢。由于文件在存儲(chǔ)時(shí)是分成很多個(gè)小塊存儲(chǔ)到閃存中的,,因此在讀取時(shí)必須通過(guò)查一張映射表找到各個(gè)小塊存儲(chǔ)的地方,。

  UFS3.1 新引入的主機(jī)性能增強(qiáng)(HPB:Host Performance Booster)功能,可以把這張映射表緩存在內(nèi)存中,,用來(lái)提升讀性能,,尤其是長(zhǎng)時(shí)間使用后的讀取能力。

  總結(jié)

  在今年的旗艦機(jī)里面,,這幾種技術(shù)必須是標(biāo)配了,。天下手機(jī),唯快不破,。

  首先,,2020 年作為 5G 元年,新發(fā)手機(jī)支持 5G 是必須的,,而 5G 芯片,,又以高通驍龍 865 為翹楚。

  其次,,作為旗艦,,必須在 5G 之外有足夠的賣點(diǎn),因此引入 WiFi6,LPDDR5 和 UFS3.1 等性能增強(qiáng)技術(shù)也就成了不二選擇,。

  除此之外,,屏幕,相機(jī),,快速充電,,乃至可極大增加附加值工業(yè)設(shè)計(jì),也是旗艦機(jī)差異化競(jìng)爭(zhēng)的重要方向,。

  好了,,本期的介紹就到這里,希望對(duì)大家有所幫助,。

  非常感謝能堅(jiān)持看到最后,。


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