毫米波芯片是高容量5G移動(dòng)通訊核心，長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，是我國(guó)短板中的短板。毫米波的大帶寬可賦予5G更優(yōu)的性能表現(xiàn)，在終端芯片方面，此前僅高通推出了支持毫米波的終端芯片。

中國(guó)工程院院士劉韻潔表示，南京網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片，并完成了芯片封裝和測(cè)試，每通道成本由1000元降至20元。同時(shí)，他們封裝集成1024通道天線(xiàn)單元的毫米波大規(guī)模有源天線(xiàn)陣列。芯片與天線(xiàn)陣列力爭(zhēng)2022年規(guī)模商用于5G系統(tǒng)。

一、業(yè)界首次：CMOS+毫米波通信

同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)室封裝集成1024通道天線(xiàn)單元的毫米波大規(guī)模有源天線(xiàn)陣列。芯片與天線(xiàn)陣列力爭(zhēng)2022年規(guī)模商用于5G系統(tǒng)。

很多媒體為之歡欣鼓舞，簡(jiǎn)略稱(chēng)之為“5G毫米波芯片”的突破。

不過(guò)，根據(jù)筆者跟相關(guān)專(zhuān)家的溝通以及閱讀劉院士在新聞上說(shuō)闡述的，該芯片是“CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片”，只是可以用于5G系統(tǒng)，而不是說(shuō)該芯片就是“5G毫米波芯片”，這二者還是有很大的區(qū)別的。

另外，有知乎作者(甜草莓)指出該芯片并不是國(guó)際首次研制，它的意義更多在于自主研發(fā)和商用。

最重要的突破，還是來(lái)自于如同媒體報(bào)道所說(shuō)，是在業(yè)界首次較為徹底地解決了阻礙CMOS毫米波通信的芯片問(wèn)題，這才是關(guān)鍵所在。

該技術(shù)突破是基于東南大學(xué)移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃5G研究開(kāi)發(fā)、國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)等多個(gè)項(xiàng)目所形成的技術(shù)積累，從芯片、模塊到天線(xiàn)陣面全面實(shí)現(xiàn)自主可控，技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先。

傳統(tǒng)上，毫米波系統(tǒng)包括射頻前端、基帶等等相當(dāng)多組成部分，當(dāng)我們不需要考慮空間時(shí)，可以利用各自獨(dú)立的電子元器件構(gòu)建(比如傳統(tǒng)的毫米波相控陣?yán)走_(dá))，其尺寸較大且成本較高。

因此該作者認(rèn)為，采用CMOS工藝來(lái)整體實(shí)現(xiàn)就變成了比較優(yōu)秀的選擇，因?yàn)樗哂薪?jīng)濟(jì)成本低、集成度高、可與數(shù)字電路形成片上系統(tǒng)(system on a chip, SoC)等優(yōu)勢(shì)。這也就是報(bào)道里著重提到的CMOS工藝來(lái)制作5G毫米波芯片的三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

二、國(guó)產(chǎn)CMOS毫米波相控陣芯片的價(jià)值何在?

毫米波(Millimeter Wave)指的是工作頻率在30~100GHz，波長(zhǎng)在1~10mm之間的電磁波。目前，5G頻道有FR1頻段和FR2頻段，毫米波屬于FR2頻段。

5G毫米波最大的優(yōu)點(diǎn)是頻率高,最快速度可達(dá)10Gbps,是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍。除此之外,5G毫米波束很窄,能夠很好地辨別方向,讓信號(hào)源更加清晰穩(wěn)定。

相控陣芯片也是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星載射頻芯片的一種。天風(fēng)證券認(rèn)為，相控陣芯片占比可能達(dá)到9%，2021年采購(gòu)額有望達(dá)14億元。

相控陣芯片是基于相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的毫米波芯片，利用大量個(gè)別控制的小型天線(xiàn)單元排列成天線(xiàn)陣面，每個(gè)天線(xiàn)單元都由獨(dú)立的移相開(kāi)關(guān)控制，通過(guò)控制各天線(xiàn)單元發(fā)射的相位，就能合成不同相位波束。

由于毫米波通信頻譜資源豐富，5G時(shí)代選擇使用毫米波頻段，速度就好比單車(chē)道升級(jí)為十車(chē)道，蘋(píng)果公司已在研發(fā)支持毫米波的5G版手機(jī)。

但是寬帶衛(wèi)星通信和5G毫米波通信的關(guān)鍵核心器件毫米波相控陣芯片身價(jià)高昂，以256通道的典型相控陣天線(xiàn)為例，其售價(jià)高達(dá)上百萬(wàn)元，成為該芯片商用的最大阻礙。

此次，我國(guó)自主可控、成本超低的5G毫米波芯片研發(fā)成功將徹底打破我國(guó)缺芯少魂，將助力5G毫米波商用，幫助建立覆蓋全球每個(gè)角落的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，消除信號(hào)盲點(diǎn)。