47 5G未来

采访肯·汉克勒（Ken Hunkler），2021年。当任正非开始代理中国香港的电话交换机时，网络设备只能将一部电话连接到另一部。在电话出现的早期，接线工作是手工完成的，一排排的女性接线员坐在布满插头的墙前，根据电话呼叫的不同组合，将它们连接起来。到了20世纪80年代，接线员已经被电子交换机取代，而电子交换机通常依赖半导体。即便如此，人们还是需要一个衣橱大小的程控交换设备来管理一栋大楼的电话线。如今，电信供应商比以往任何时候都更加依赖于硅，一个衣橱大小的设备可以处理电话、文本和视频，但现在这些信息通常是通过无线电网络而不是固定电话网络来传输的。

华为已经掌握了最新一代通过手机网络发送呼叫和数据的设备，即5G。但5G并不是真的与手机有关，而是与计算的未来有关，因此，它与半导体有关。5G中的G表示“代”。我们已经经历了四代移动网络标准，每一代都需要手机和手机基站上的新硬件。正如摩尔定律允许我们在芯片上制造更多的晶体管一样，通过无线电波往返于手机的1和0的数量也在稳步增加。2G手机可以发送图片短信，3G手机可以打开网页，4G可以使人们在任何地方播放视频，5G将是一个飞跃。

如今，大多数人认为智能手机能做到这些是理所当然的，但正是由于越来越强大的半导体，我们才不再对收发图片、文本感到惊讶，反而对视频中的瞬间延迟感到沮丧。管理手机与蜂窝网络连接的调制解调器芯片，使得通过手机天线在无线电波中发送更多的1和0成为可能。

采访戴夫·罗伯逊，2021年。隐藏在手机网络内部和手机基站顶部的芯片也发生了类似的变化。在空中发送1和0，同时最大限度地减少通话不畅或视频延迟，非常复杂。无线电波频谱相关部分中可用的空间是有限的。无线电波频率只有这么多，其中许多不适合发送大量数据或远距离传输。因此，电信公司依靠半导体将更多的数据塞进现有的频谱空间中。ADI的芯片专家戴夫·罗伯逊（Dave Robertson）解释道：“频谱比硅贵得多。”该公司专门研究管理无线电传输的半导体。因此，半导体对于无线发送更多数据的能力至关重要。像高通这样的芯片设计公司找到了优化通过无线电频谱传输数据的新方法，而像ADI这样的芯片制造商已经制造出了射频收发芯片，可以更精确地发送和接收无线电波，同时使用更少的功率。

5G将使更多数据的无线传输成为可能。在某种程度上，这将通过更复杂的共享频谱空间的方法实现，这种方法需要更复杂的算法，需要手机和手机基站上更多的计算能力。这样，即使在无线频谱中最小的空闲空间中，1和0也可以被区分。在某种程度上，5G网络将通过使用一个新的、空的无线电频谱来发送更多的数据，而这在以前被认为是不切实际的。先进的半导体不仅可以将更多的1和0绑定到给定频率的无线电波中，还可以将无线电波发送得更远，并以前所未有的精确度进行瞄准。蜂窝网络将识别手机的位置，并使用一种称为波束成形的技术直接向手机发送无线电波。典型的无线电波，就像向汽车收音机发送音乐一样，向各个方向发送信号，因为它不知道你的汽车在哪里。这会浪费电力，从而产生更多的电波和干扰。通过波束成形，蜂窝塔可以识别设备的位置，并仅向该方向发送所需的信号。结果，对于每个人来说，干扰更少，信号更强。

能够承载更多数据的更快网络，不会让现有手机运行得更快，而是会改变我们对移动计算的看法。在1G网络时代，手机的价格对于大多数人来说太贵了。有了2G网络，我们开始假设手机可以发送短信和语音。如今，我们期望手机和平板电脑拥有个人电脑的所有功能。随着通过蜂窝网络发送更多数据成为可能，我们将把更多的设备连接到蜂窝网络。我们拥有的设备越多，产生的数据就越多，也就需要更强大的处理能力。

将更多设备连接到蜂窝网络，并从中获取数据的承诺，听起来可能不是革命性的。你可能不同意5G网络可以酿造出更好的咖啡，但很快你的咖啡机就会收集并处理每杯咖啡的温度和质量数据。在商业和工业中，有无数种方法可以让更多的数据和更多的连接产生更好的服务和更低的成本，比如从优化拖拉机在田间的行驶方式到协调装配线上的机器人。医疗设备和传感器将跟踪和诊断更多情况。世界上的感官信息远远超过了我们目前数字化、交流和处理的能力。

斯潘塞·钦（Spencer Chin），《拆解揭示特斯拉S汽车类似于智能手机》（Teardown Reveals the Tesla S Resembles a Smartphone），电力电子网（Power Electronics），2014年10月28日。没有比埃隆·马斯克（Elon Musk）旗下的汽车公司特斯拉（Tesla）更好地研究连通性和计算能力会如何将传统产品转变为数字化机器的案例了。特斯拉的狂热追随者和飙升的股价吸引了大量关注者，但不那么引人注目的是，特斯拉也是领先的芯片设计公司。特斯拉聘请了像吉姆·凯勒（Jim Keller）这样的明星半导体设计师来设计一款芯片，专门满足其自动驾驶需求，该芯片采用尖端技术制造。早在2014年，一些分析师就指出，特斯拉汽车“类似于智能手机”。人们经常将特斯拉与苹果进行比较，苹果也设计芯片。与苹果的产品一样，特斯拉精心调整的用户体验，以及它看似毫不费力地将先进计算技术集成到它的产品（汽车），只有通过定制芯片才能实现。自20世纪70年代以来，汽车就采用了简单的芯片。但是，电动汽车的普及需要专门的半导体来管理电源，加上对自动驾驶功能的需求增加，预示着汽车芯片的数量和成本将大幅增加。

雷·梅斯特（Ray Le Maistre），《英国电信的麦克雷：华为是“目前唯一真正的5G供应商”》（BT's McRae: Huawei Is “the Only True 5G Supplier Right Now”），《轻阅读》（Light Reading），2018年11月21日。汽车只是一个典型的例子，说明发送和接收更多数据的能力将如何在网络的“边缘”设备、蜂窝网络本身以及庞大的数据中心中产生对计算能力的更多需求。2017年左右，随着世界各地的电信公司开始与设备供应商签订建造5G网络的合同，华为处于领先地位，提供业内公认的质量高、价格有竞争力的设备。华为似乎能够在5G网络建设中发挥比其他公司更大的作用，超越瑞典的爱立信和芬兰的诺基亚。爱立信和诺基亚也是其他仅有的手机基站设备生产商。

松本诺夫（Norio Matsumoto）和渡边直树（Naoki Watanabe），《华为基站拆解显示出对美国制造部件的依赖》（Huawei's Base Station Teardown Shows Dependence on US-Made Parts），《日经亚洲》，2020年10月12日。与竞争对手一样，华为手机基站内部也有大量的硅。日本《日经亚洲》对华为通信部门进行的一项研究发现，华为严重依赖美国制造的芯片，比如莱迪思的现场可编程门阵列。莱迪思是紫光几年前收购少数股权的俄勒冈州公司。TI、ADI、博通（Broadcom）和赛普拉斯半导体（Cypress Semiconductor）也设计和制造了华为移动设备所依赖的芯片。根据这项分析，美国芯片和其他组件占华为系统成本的近30%。但华为的主处理器芯片由华为的海思设计，并在台积电制造。华为尚未实现技术自给自足，依靠多家外国芯片公司生产的半导体，并依靠台积电制造自己设计的芯片。但华为在移动设备中生产了一些最复杂的芯片，并且掌握了如何集成所有部件的细节。

随着华为的设计部门证明自己是世界级的，不难想象中国芯片设计公司会像硅谷巨头一样成为台积电的重要客户。如果按2019年的趋势进行推测，那么到2030年，中国芯片产业的影响力可能会与硅谷匹敌。这不会只是简单地打乱科技公司和贸易的流动，也将重新平衡地区政治力量。