新的通信標準將會改變整個行業的體系結構和發展方向，但這種改變不會立刻發生，也不一定以非常明顯的方式發生。

以下為譯文：

5G 已經被吹捧為許多細分市場的新的賦能者，它將給移動電話、自動駕駛、虛擬現實(VR)和物聯網等行業帶來機會。但是，這個新的無線通信標準將在何時和將以何種方式影響這些細分市場，以及它將對半導體設計產生什么樣的影響，目前尚有很多問題和不確定性。

基于 5G 承諾的通信速度的大幅度提高和延遲的大幅度降低，系統供應商必須在將數據處理放在本地或在云端之間作出決定。這將對半導體體系結構產生重大影響，包括處理器和內存的片上吞吐量、I/O 速度、功率預算，甚至電池大小等等。此外，這些決定還將受到 5G 基礎設施接入和通信頻率的影響。

不過，這些事情可能要等到數年后才會發生。一開始，大部分的 5G 應用將在低于 6GHz 的范圍內，也就是和 4.5G 相當。最大的受益者將是移動電話行業，它將在一段時間內仍然是 5G技術的最大消費者。移動電話的標準和存儲容量將會因為 5G 技術的不斷引入而持續進化，它們將依然是 5G 技術的發展的重要資金來源。

下一個階段的發展是在毫米波技術引進之時。這時候最重要的變化將開始發生。一般的經驗法則是，任何一項新技術想要成功，必須提供10倍的增益，要么是性能提高、或功率降低、成本降低、面積更小或者多種增益的組合。只有在那個時候，5G 技術才會真正地大放光彩。

“5G 將在連接性能方面提供顯著的改進，其目標是比目前 4G 的連接性能提高1000倍”。Steven Woo 說，他是 Rambus 實驗室負責系統和解決方案的副總裁、杰出的發明家。 “除了帶寬方面的改進，5G 還承諾了降低延遲和更好的覆蓋范圍。”

在毫米波技術的應用初期，設計成本和硅晶元出貨面積將會顯著上升。電力消耗將成為主要的問題，這取決于基礎設施和它能承受的負荷壓力，因為它們需要承擔信號發送和信號到達時的計算工作。

物聯網

一個真正能從 5G 中受益的領域是邊緣計算，其中功耗是一個限制因素。“我們希望 5G 的引入能使物聯網邊緣設備的功耗更低，因為平均來說 5G 拉近了它們與接入點的距離。” Cadence 的產品營銷總監 Neil Robinson 說：“這意味著與 4G 通信所需要的更長距離相比，5G 通信所需要的功耗更低”。

這樣就打開了一扇大門，讓我們有能力處理比目前更加復雜的處理流程和通信方案。Woo 說：“5G 將提供更高的帶寬，這意味著越來越多的終端(endpoint)將會更容把它們的數據傳輸到相鄰位置，在那里這些數據得以在本地處理。”這意味著只有少量的，級別更高的數據/信息，才需要傳輸到云端處理。

但這種方案也會很快變得復雜。“5G 所需的高帶寬和多天線策略意味著，從本質上講，它們需要更高的能耗。”西門子仿真部門市場營銷高級總監 Jean-Marie Brunet 指出。“然而，人們普遍認為物聯網的大部分將是機對機(M2M)通信。而機對機通信模式比人工啟動的物聯網更容易預測，因此機對機實例的低功耗算法應該更高效，這種說法是有爭議的。”

實際上的好處將隨著不同的應用和區域有所不同。“歸根結底，5G 將使每比特功耗降低10倍到100倍，同時帶來相當于10倍的帶寬增幅，這些變化將在元器件的壽命方面產生凈增益，并同時提高10倍的功效。因使用模式的不同這些好處會有所不同。”

這是否足以影響架構?物聯網邊緣設備已開始將推理運算本地化，以避免與向云端傳輸大量原始數據而帶來的帶寬影響。

“更高的帶寬和更低的延遲將使在云端進行推理運算變得更容易，如果我們需要這樣做的話。” Cadence 的 Robinson 說。“但是，隱私、安全、延遲和功耗問題可能會讓這種方式變得不合適。”

Cadence 的 Tensilica IP 產品管理和營銷高級總監 Lazaar Louis 也回應了這些擔憂。“對隱私和安全問題的擔憂將會使推理運算繼續留在邊緣設備進行，”他說。“將傳感器收集到的信息傳送到云端會消耗能量，因此在邊緣設備進行推理運算，可以節省在邊緣設備上消耗的能量。”

Rambus 實驗室的 Woo 同意這一說法。“更高的帶寬可能不能排除在邊緣設備上進行推理運算的必要性，但它們將允許更大數量的物聯網設備相互連接，使基礎設施能夠跟上不斷增長的物聯網設備的需求，并使其捕獲和傳輸的數據量不斷增長。”

VR(虛擬現實)和AR(增強現實)

虛擬現實(VR)碰到了難題。如果沒有更高的數據速率，設備供應商將很難消除暈眩不適感，這大大地限制了 VR 的使用。毫米波技術可以幫助解決這個問題。雖然毫米波信號不能通過墻壁，只能在相對較短的距離內工作，但 VR 耳機和控制器的距離通常只有幾英尺遠。

“與以前運行同一款游戲的 4G 產品相比，高分辨率的 8K 游戲流媒體肯定會更快地將電池的電量耗光。” Brunet 承認 “但是這并不是 5G 造成的，而是因為更高級的 CPU 和顯示設備。在毫米波頻率下，對于空中下載(OTA)的功耗需求，收發器的功耗將會以加速度級地增加。”

自動駕駛

自動駕駛需要將許多技術結合在一起，5G 就是其中之一。“更低的延遲為具有自主駕駛能力的聯網車輛帶來了好處，在這種情況下，響應時間至關重要，尤其是在高速公路的行駛速度下。”Woo說道。“5G 覆蓋范圍的改進，加上增強的本地處理能力，將允許在數據產生的終端設備附近對數據進行聚合和處理，從而減少數據傳輸。減少長距離的數據傳輸對于 5G 來說是一個重要的好處，因為它可以同時改進了延遲和功耗。”

汽車很可能成為通訊樞紐。“汽車將是微型發射器，” Robinson 說。“和現在的 802.11p(V2V)和4G/OnStar(V2X)面臨的情況類似，5G 也面臨著來自電視網絡的阻撓，他們希望使用已經分配給 V2V(車輛對車輛)的相同頻段。他們聲稱，自動駕駛不需要 V2V，在路上使用 V2X(車輛對所有)就可以來了解其他車輛的存在/意圖。”

這個觀點得到其他人的同意。“車輛到所有(V2X)將主導通信，車輛將成為擁有很多發射器的移動網絡，在許多情況下，每個功能域都有多個發射器。” Brunet 說：“V2X 將是實現安全的關鍵因素，因為激光雷達或雷達根本看不到拐角處，而 5G 可以依據拐角處的反射將這種實現變得可能。”

到底是從其他車輛還是從路邊的信息中得到這些信息，現在尚沒有明確的答案。“汔車能獲得的信息越多，它們就越能在自動駕駛體驗方面做出更好的決定。” Cadence 公司的 Louis 指出。 “更先進的自動駕駛將得益于和其他車輛/基礎設施的 V2X 通信，例如路線規劃和車道變更輔助。”

新的通信能力也可能帶給我們今天還沒有想到的好處。“聯網車輛只是眾多可能受益的設備之一。” Woo 說。“更高的帶寬和更高的覆蓋率，再加上更強的本地處理能力，將幫助車輛與周圍環境以及本地地圖數據進行通信，從而在將來實現道路導航。今天的聯網汽車已經捕獲了大量的數據，其中一些信息被傳送到云端。預計汽車將繼續發展而成為信息樞紐，因為它們可以作為乘客設備的連接點(就像手機可以作為智能手表和健身設備等外圍設備的連接點一樣)，并與其他車輛進行點對點通信，以交流像車道變化之類的預期行動，以及交通狀況和危險信息。”

實施注意事項

今天大多數 5G 的實現都還只是原型，而且并不是所有的問題都已經得到解決。例如，5G 可以提供每秒10到20千兆位的傳輸速度，但數字系統必須具備相應的工作速度才能受益于 5G 的高速度。如果為了降低成本而仍然使用舊的工藝節點生成數字信息，這可能使得能使用的工藝節點變得有限，或者我們需要更先過的封裝解決方案。

“這是摩爾定律的一個結合，它減慢了速度，同時增加了芯片的復雜性和所需要的工藝的復雜性。。” Rambus 的產品管理高級主管 Frank Ferro 表示：“你不需要做一個大型的 ASIC，你必須問一下分解它是否更劃算。做兩個更小的 ASIC 或重新使用你已經進行了大量投資的混合信號器件是否更便宜?如果你已經在高速工藝技術上進行了投資，你想繼續擴大規模嗎?或者，您可以使用現有的技術，加上接口技術，而不必每次更改工藝節點時都開發 SerDes 呢?“

同樣，不同的產品領域可能會得出不同的結論。“我不知道 5G 節點的期望值。” Robinson 說道。“這將歸結為每個產品或公司的成本評估。最大的限制是當模擬模塊需要以某種方式與數字模塊集成時。這可能會由最終產品尺寸、成本和功耗限制來決定的。物聯網的邊緣設備是一個極端，它的高度集成是關鍵。由于對邊緣設備的性能要求通常較低，他們也可能使用較舊的節點技術來降低成本。而 V2X、用戶設備和基礎設施，因為他們較大的尺寸和較高的價格，通常都使用單獨的芯片。”

在考慮標準時，存在下游效應。“一切都是由帶寬需求或數據需求驅動的。” Rambus 印度設計中心高級主管 Sunil Bhardwaj 說。“制造更快的系統的需求一直都存在，這既包括工藝流程(這需要數字領域的大力支持)，也包括芯片能夠以多快的速度將數據傳輸到其他芯片和系統。這就是標準不斷發展的原因，而這些必要的需求正推動著數字和模擬電路突破限制以達到更高的速度。使用較舊的工藝節點來支持一些現代標準是非常困難的。你不可能通過使用昨天的數字技術來得到更高的數據傳輸速率。”

5G 需要大量復雜的工藝流程。“通過將復雜性轉移到數字芯片，并兼容不完善的原始模擬特性，可以顯著減少模塊的大小和功耗”。Synopsys 的產品營銷經理 Manuel Mota 說： “將模擬模塊(如超高速數據轉換器和天線陣列)壓縮到非常微小的區域的能力是推動 5G 通信等新市場細分的關鍵因素。以前只有使用外部大功率芯片才能訪問 Multi-GHz 操作和信號帶寬，這不符合與電池供電和手持設備相關的小尺寸和低功率要求。”

結論

關于 5G 及其對各種細分市場的影響，還有很多未知因素。很明顯，它有可能導致細分市場的體系結構被重新考慮，以及創造在過去看來不可能的全新應用領域。但在基礎設施層面和移動電話行業，許多代價高昂的工作必須完成，才能使這項技術適用于其他領域。

移動電話是消費者繼續購買的昂貴商品，并由附加在其商業模式之上的服務提供支持。在這一點上，沒有其他市場能顯著地推動這項技術。汽車行業也許能夠助 5G 的發展一臂之力，但它能提供的支持應該只有手機行業的一小部分。此外，現在還沒有明確的商業模式可以讓車輛為基礎設施和數據付費，而它們是自動駕駛成為可能的基礎。物聯網邊緣節點的成本較低，但整個投資需要通過所能提供的服務證明。

所以至少在一開始，5G 的影響將主要是針對手機的。但其將帶來的重大變革將遠遠超出我們的想象。