聯發科與高通的5G晶片大戰，自去年底各自發表旗下新品之後，雙方就陸續隔空交火，針對晶片的設計架構提出評論，彼此在技術能力上互不相讓，要爭5G晶片的市場龍頭位置。

然而5G是個新技術，也是個複雜的技術，其所涉及的技術環節甚多，而要整合的應用也相當複雜，特別是在手機平台上。本文便剖析聯發科與高通的5G晶片設計，一解5G晶片的設計關鍵。

單晶片vs 獨立式

5G晶片設計的第一個爭論，就是系統單晶片（SoC）與數據機獨立式的不同。

不同於聯發科的天璣系列皆採用SoC的設計，高通的旗艦型5G晶片驍龍（Snapdragon）865卻採用了數據機外掛的架構，其X55 5G數據晶片是獨立在處理器晶片之外。依據高通自己的說法，數據機獨立的形式，對客戶來說會有更多的設計彈性，同時也能保有更多的客製化空間。

不過這個說法在手機平台上並不完全正確，因為就手機而言，高整合度與系統平衡性才是重點，採用外掛的架構只會增加設計的複雜度，對系統商而言，並不具備吸引力。

反而就如聯發科所說：「在手機平台上SoC才是主流，而且設計難度較高。」

所謂的獨立式設計，就是把兩個大IC擺在一起。而這樣的設計一定會比較耗電，原因是需要進行大量的資料互傳；再者，獨立式的設計在PCB的面積一定會比較多，因此會限制電池或其他元件體積的規劃，進而導致裝置體積的增加。

綜合上述，採用SoC才是較合理的作法，而高通選擇獨立式的設計，應該只是基於商業模式的考量，會聚焦智慧手機以外的市場。

而依據高通自己的新聞發佈，其X55 5G數據機和射頻系統已獲得超過30家OEM採用，包括三星、網易、諾基亞、富智康、OPPO、廣達、仁寶等，會在今年起陸續用在固定無線接取（FWA）和用戶終端設備（CPE）上。

不過，雖然聯發科先推出SoC架構，並不代表他們不能生產獨立式的數據機晶片，他們同樣也有獨立數據機的解決方案。主要是在5G 時代，智慧手機並不是唯一的主角，還會有更多的行動設備會導入5G的網路技術。因此英特爾（intel）就選擇與聯發科合作，要把其5G數據晶片用在新一代的筆記型電腦上。

圖一 : 5G晶片設計架構示意（CTIMES製圖）

Sub-6 GHz vs 毫米波

同樣是數據機的設計差異，高通的X55同時支援了Sub-6 GHz與毫米波（mmWave）頻段，並且有完整相對應的RF前端系統與之搭配，也因此，高通聲稱自己具備「最完整的5G數據機方案」。

至於聯發科的5G單晶片，目前則是未支援毫米波，僅能支援Sub-6 GHz的頻段。但聯發科強調，選擇先推出Sub-6 GHz是策略考量的結果，他們同樣也具備毫米波的技術。

聯發科無線通信事業部總經理李宗霖就指出，由於Sub-6頻段有建置成本的優勢，因此全球電信業者幾乎都先實施Sub-6頻段的業務。目前全球56個5G電信商中，已有54個選擇先推Sub-6；其次現在正在進行的台灣5G頻段競標中，Sub-6頻段的競標價是遠遠高於毫米波的標價。顯見Sub-6 GHz對於全球電信業者的吸引力。

所以從電信業者的角度，或者說智慧手機的角度，先支援Sub-6頻段才是上上之選，反觀毫米波的部分，則會是未來式的解決方案。但若從工業或者其他的垂直領域應用來看，毫米波的潛力就十分龐大，但那也不會是立即發生的事。

而從技術層面的觀點來看，毫米波擁有較高的頻率，因此在天線系統的設計也較為複雜，如何能在訊號、功耗與體積中取得最優化的設計，就是十分仰賴開發人員的經驗與製造廠的實力。尤其是多天線的技術（Massive MIMO），以及所衍伸的束波成型（Beam forming）技術，將會扮演著5G大連結能力的關鍵角色。

特別是若要使用SoC的設計，要優化毫米波數據機與天線系統的難度，也相對於Sub-6要高，因此誰能夠率先推出最具競爭力的毫米波單晶片，將會是下一波的5G晶片技術競爭點。

而依據聯發科的說法，他們將在今年下半年推出支援毫米波的5G單晶片。

AI處理器：決戰影像分析與視覺辨識

除了CPU、GPU與數據機之外，AI處理器（引擎）的設計是5G晶片中最令人眼睛為之一亮的焦點，因為它直接涉及了使用者體驗的優劣，特別是在智慧型手機的應用上。

而針對越來越高的AI體驗需求，聯發科與高通在5G晶片上皆提出了全新架構的人工智慧處理架構，聯發科是第三代的人工智慧處理器（APU 3.0），高通則是第五代的人工智慧引擎（AIE）。

聯發科的APU 3.0是採用二大三小，加一微小核的架構，其中大核為聯發科自主研發的AI核心，處理主要的AI任務，三小核則是用來輔助影像算力的VPU。

至於微小核，則是專門用來輔助人臉辨識的設計。依據聯發科的說法，相較於使用軟體的形式，使用硬體的設計來處理人臉辨識的運算，不僅速度更快，同時整體的功耗也更低。

而對於人工智慧技術的研發，聯發科將會持續採用混合式（Hybrid）架構，也就是AI加速引擎結合VPU，和網路運算加速的方式進行，同時也會堅持自主研發的道路。

高通的第五代AIE則擁有相當高的AI算力（15 TOPS），它透過統合CPU、GPU與DSP的運算資源，實現了前一代兩倍的運算能力。然而高通的AI引擎主要著重在所謂的「異構運算」上，也就是Hexagon 698（DSP）再加上其他的加速器（如神經網路和機器學習）的方式，並其他的人工智慧框架做搭配。

同樣有鑑於越來越多的影像及語音的智慧功能被運用在手機上，高通添加了新的Sensing Hub設計在其AI引擎中，它能讓各項智慧功能更快被啟用，同時所需要的功耗也更低。

圖二 : 聯發科與高通的5G晶片比較。（CTIMES製表）

而為了優化在影像處理上的效能，高通也在新晶片上加入了新的Spectra 480 CV-ISP單元，每秒能處理20億畫素，同時也把更多的運算資源放在Hexagon 698數位訊號處理器上，以強化AI與影像運算的能力。

結語

進入5G時代，所面對的應用情境將會與4G有所不同，也因此，晶片的設計思維勢必會有不同的切入點。更明確的說，也就是要因應客戶的不同需要，產生不同的產品組合，甚至是發展出不同的商業模式。緊守著單賣晶片的固定模式，很可能會在5G時代中落居下風。

也因此，對於IC設計公司來說，除了持續堅持在技術上的突破與創新之外，採取更具彈性的服務模式，對於面對5G時代裡更多元與複雜的應用，會是一個比較有利的做法。

所以從這個觀點來看，要發展SoC單晶片，就是要針對適合SoC的裝置與應用，若要採用獨立式，也會是專注於適合獨立式的裝置，兩者之間並未有高下之分。最後的勝出與否，還是要看誰的服務能力與應變能力，而這才是5G時代的最佳競爭力。