《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
來源:與非網(wǎng)
關(guān)鍵詞: 5G 高通驍龍 SoC芯片

  5G時代,“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),,運營商(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 時代的最強音。

  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,換一個最新的旗艦機(jī),,足矣,!

  手機(jī),可以簡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)來看,,除了 5G 這個炙手可熱的焦點之外,還有一些莫名其妙的縮寫作為賣點,,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,,對這些專業(yè)名稱總是語焉不詳。把手機(jī)想搞個明明白白咋就這么難,?其手機(jī)要用著“爽快”,,無非就是數(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,蜉蝣君將逐個簡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)布的移動平臺,,號稱當(dāng)前功能最為強悍的手機(jī)芯片,,集成了 CPU 和 GPU,可以實現(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,業(yè)界叫做片上系統(tǒng),,英文為 System on Chip,,簡稱 SoC。

  SoC 的高集成度讓其更容易放入手機(jī)這個狹小的空間中,,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。

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  △ 高通驍龍 865 芯片內(nèi)部模塊

  驍龍 865 這款 SoC 芯片到底有多強呢,?

  它采用臺積電的 7 納米工藝制造,,CPU 支持 8 核,GPU 可提供“PC 級”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 還要高上一個級別,。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:擁有 10 億像素級別性能,可以每秒處理 20 億像素,,并可在 4K HDR 錄制的同時進(jìn)行 6400 萬像素拍攝,。

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  △ 高通驍龍 865 芯片功能強大

  由上圖可見,除了前面提到的幾點之外,,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,,取決于一個叫做“基帶”的模塊,。

  基帶(Baseband)的意思就是最原始的低頻信號,也叫基帶信號,,隨之,,把處理基帶信號的電路和芯片,也就簡稱為基帶了,。簡單理解,,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,,實現(xiàn)什么高級的通信功能,,能達(dá)到多大的下載速率,,都是由基帶芯片決定的??梢哉f,,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)用芯片這兩個部分咋樣組合呢,?有兩個方案,。

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

  方案 2:兩個芯片融為一體,,成為一個統(tǒng)一的 SoC 平臺,,集成度高,功耗可以進(jìn)一步低,,信號的穩(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 獨立(SA)和非獨立(NSA)組網(wǎng),,Sub6G,毫米波等多個頻段,,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 平臺加上 X55 基帶強強聯(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)在提出以來,,經(jīng)過了 20 年的蓬勃發(fā)展,,一步一個腳印,出了一個又一個協(xié)議版本,,從 802.11n 開始,,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的不斷推進(jìn),,流量的價格已經(jīng)足夠便宜,,大家對 WiFi 的依賴逐漸降低,對流量的使用也不再像以前那樣精打細(xì)算,,隨時隨地刷視頻也毫不心疼了,。

  5G 來了,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,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,,簡潔明了,。

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  △ WiFi6 的 LOGO

  WiFi6 采用了 OFDMA 來支持多用戶接入,還有更高階的調(diào)制,、更大的帶寬,、更多流同時傳輸?shù)?MIMO,使其理論峰值速率達(dá)到了 9.6Gbps,,實際使用起來已經(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)似乎聽起來如此耳熟?其實它們也是 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。

  無論如何,,WiFi6 和 5G 將互為補充,,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

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

  其實,此“內(nèi)存”非彼內(nèi)存,。一直以來人們對于手機(jī)存儲方面的叫法就非?;靵y,有內(nèi)存,,運存,,存儲空間,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)

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

  1,、內(nèi)部臨時存儲 APP 運行時的動態(tài)數(shù)據(jù),用戶沒有權(quán)限使用的存儲空間,,可叫做“內(nèi)存”,,“運存”,“RAM”,。

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

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

  ROM 即是 Read Only Memory 的簡寫,,翻譯過來就是只讀存儲器的意思,。聽起來有些不可思議,既然 ROM 存儲的內(nèi)容是只讀的,,那么用戶還咋在手機(jī)上存音樂照片視頻(寫內(nèi)容),?

  其實,不需要糾結(jié) ROM 這個歷史名稱的本意,,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器),也別這那一長串單詞蒙蔽了雙眼,,只需知道 ROM 其實就是手機(jī)上那一塊存儲用戶數(shù)據(jù)的器件即可,。

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

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

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

  這兩類存儲在電腦上的區(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存儲個數(shù)數(shù)據(jù)的,,永遠(yuǎn)不會有人說自己的個人照片存在電腦內(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”這個詞很容易被望文生義為“內(nèi)部存儲空間”的意思,,混淆由此發(fā)生,。

  一般安卓手機(jī)在宣傳時,,都會以 xGB RAM(或者內(nèi)存)+ xGB ROM(或者閃存)的方式來進(jìn)行。這樣雖然簡化但還是不夠明晰,,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 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(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,,專門用于移動式電子產(chǎn)品,。

  2019 年 2 月 20 日,JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會發(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)過一年的產(chǎn)品化,,確實到了商用的時候,。

  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),簡稱作 DDR,。

  SDRAM 在一個時鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù),它只在時鐘上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,;而有了 DDR 技術(shù)之后,,則可以一個時鐘周期內(nèi)可傳輸兩次數(shù)據(jù),也就是在時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 的主要特點是高帶寬,低延時,,所以更適合于 CPU 這種數(shù)據(jù)隨機(jī)讀取的場合,。熟悉電腦配件的朋友應(yīng)該對 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),,其特點是高帶寬,、高延時,,適合顯示圖像這種需要大數(shù)據(jù)量傳輸而對時延不太敏感的場合。

  與此同時,,為了支持手機(jī)等低功耗,,小體積內(nèi)存等移動式電子產(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)的升級相當(dāng)于動車到高鐵的升級,,帶來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,,也叫閃存)的最新技術(shù),跟前面的 LPDDR5 一樣,,也是美國 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會制定的標(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,,翻譯過來就是通用閃存存儲的意思,。UFS 后面帶的 3.1 自然就是該標(biāo)準(zhǔn)的版本號了,數(shù)字越大能力越強,。

  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),重點突出一個“快”字,。怎么個快法,?可以細(xì)分為寫入速度和讀取速度這兩個方面。

  首先寫入速度,由于 UFS3.1 引入了寫入增強(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,。

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

  UFS3.1 新引入的主機(jī)性能增強(HPB:Host Performance Booster)功能,,可以把這張映射表緩存在內(nèi)存中,用來提升讀性能,,尤其是長時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,,因此引入 WiFi6,LPDDR5 和 UFS3.1 等性能增強技術(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,也是旗艦機(jī)差異化競爭的重要方向,。

  好了,本期的介紹就到這里,,希望對大家有所幫助,。

  非常感謝能堅持看到最后。


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