早在去年高通發佈驍龍855處理器的時候，談到5G網絡之時，不少業內人士都指出功耗問題。並且，在瞭解到驍龍855處理器需要外掛驍龍X50基帶的時候，對於功耗的討論更甚。那麼，為什麼5G手機會更費電呢？

什麼是5G：

5G網絡是指下一代無線網絡，是4G網絡的真正升級版，但它的基本要求並不同於無線網絡。目前，5G網絡已成功在28千兆赫(GHz)波段下達到了1Gbps，相比之下，當前的第四代長期演進(4G LTE)服務的傳輸速率僅為75Mbps，而且未來5G網絡的傳輸速率甚至可達10Gbps，這意味著手機用戶在不到一秒時間內即可完成一部高清電影的下載。

2013年5月13日，三星電子宣佈，其已率先開發出了首個基於5G核心技術的移動傳輸網絡，並表示將全面研發5G移動通信核心技術，計劃於2020年實現該技術的商用化。隨著三星電子研發出這一技術，世界各國的第五代移動通信技術的研究更加活躍，其國際標準的出臺和商用化也得到提速。

三星電子通過研究和試驗表明，成功的在28GHz的超高頻段下，以每秒1Gb以上的速度，實現了傳送距離在2Km範圍內的數據傳輸。此前，世界上沒有一個企業或機構開發出在6GHz以上的超高頻段實現每秒Gb級以上的數據傳輸技術，這是因為難以解決超高頻波長段帶來的數據損失大、傳送距離短等難題。而三星電子利用64個天線單元的自適應陣列傳輸技術，使電波的遠距離輸送成為可能，並能實時追蹤使用者終端的位置，實現數據的上下載交換。超高頻段數據傳輸技術的成功，不僅保證了更高的數據傳輸速度，也有效解決了移動通信波段資源幾近枯竭的問題。

2017年8月22日德國電信聯合華為在商用網絡中成功部署基於最新3GPP標準的5G新空口連接，該5G新空口承載在Sub 6GHz（3.7GHz），可支持移動性、廣覆蓋以及室內覆蓋等場景，速率直達Gbps級，時延低至毫秒級；同時採用5G新空口與4GLTE非獨立組網架構，實現無處不在、實時在線的用戶體驗。2017年12月21日，在國際電信標準組織3GPP RAN第78次全體會議上，5G NR首發版本正式發佈，這是全球第一個可商用部署的5G標準。2018年6月14日，3GPP全會（TSG#80）批准了第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網功能凍結。加之2017年12月完成的非獨立組網NR標準，5G 已經完成第一階段全功能標準化工作，進入了產業全面衝刺新階段。此次SA功能凍結，不僅使5G NR具備了獨立部署的能力，也帶來全新的端到端新架構，賦能企業級客戶和垂直行業的智慧化發展，為運營商和產業合作伙伴帶來新的商業模式，開啟一個全連接的新時代。

總之，5G網絡的主要目標是讓終端用戶始終處於聯網狀態。科學家設計的目標便是在一個給定的區域內支持無數臺設備，在未來，每個人將需要擁有10~100臺設備為其服務，不過科學家很難弄清楚支持所有這些設備到底需要多大的數據容量。當然，5G網絡不僅要支持更多的數據，而且要支持更多的使用率。另外，改善端到端性能將是另一個重大的課題，端到端性能是指智能手機的無線網絡與搜索信息的服務器之間保持連接的狀況。例如在發送短信或瀏覽網頁的時候，在觀看網絡視頻時，如果發現視頻播放不流暢甚至停滯，這很可能就是因為端到端網絡連接較差的緣故。當然，5G網絡將來支持的終端設備遠遠不止是智能手機——它還要支持智能手錶、健身腕帶、智能家庭設備如鳥巢式室內恆溫器等。

問題原因：

瞭解了什麼是5G之後，我們就可以來談談為何5G手機會存在功耗問題。

毫米波頻段功耗大：

根據3GPP 38.101協議的規定，5G NR主要使用兩段頻率：FR1頻段和FR2頻段。FR1頻段的頻率範圍是450MHz——6GHz，又叫sub 6GHz頻段；FR2頻段的頻率範圍是24.25GHz——52.6GHz，人們通常叫它毫米波（mmWave）。而對於5G的發展來說，由於sub-6GHZ頻段的資源匱乏（我國目前發佈的5G牌照都在這一頻段），FR2頻段也就是毫米波必然是使用的主力。而對於毫米波的使用來說，首先便需要面對的是毫米波頻段的功耗問題。來自英特爾(Intel)、聯發科技(MediaTek)以及三星(Samsung)的工程師在國際固態電路會議(ISSCC)專題演講中揭露5G面對的最新挑戰——特別是毫米波(mmWave)頻段的功耗問題。英特爾(Intel)的一位蜂窩射頻(RF)工程師Benjamin Jann在發表關於該公司的首款5G收發器進展後告訴《EE Times》說：“毫米波前端目前還存在功耗挑戰 —— 我並不考慮購買首批5G毫米波相控數組手機”。聯發科技(MediaTek)資深蜂窩RF工程師Chih-Chun Tang在發表其先進LTE收發器後表示，“Sub-6 RFIC部份將不會有太大的區別，但是mmWaves所需的散熱和典型的1W功耗都會是問題”，英特爾和聯發科技的兩位發言人分別提出了對於其設計的顧慮，即毫米波蜂窩射頻的功耗問題。而其競爭對手高通公司(Qualcomm)則為12月展示的三星手機原型提供了基頻芯片和mmWave模塊（因為三星的5G收發器目前僅能處理sub-6-GHz頻段）。三星則描述了針對5G和傳統蜂窩網絡的14nm商用收發器。它可提供高達3.15Gbits/s的速率和1.27Gbits/s的速率，但僅支持sub-6 GHz以下頻段，尚未支持mmWave頻段。當然，由於目前我國使用的頻段為sub-6GHZ，所以國內目前尚不用擔心這個問題。

手機負擔變大：

5G手機就好比一個幹很多體力活兒的人。幹活兒越多，能量消耗越大。在5G網絡下，5G手機需要處理的任務更多，例如有很多較小的任務需要應用程序不停歇地運行，電子郵件應用程序會反反覆覆向服務器發送請求信息，查核是否有新的電子郵件到來。還有很多其它的應用程序也會不斷地發送些短小的信息，請求信息雖然短小，但是它們會隨著時間的推移不斷地蠶食手機的電池電量。在貝爾實驗室的團隊有一項任務就是找出處理這些請求信息的更好的辦法。如果能夠處理好這些信息，那麼我們就能極大地提升平板電腦的電池壽命。

其次，想要5G手機擁有更快的網速和更高的頻譜利用率，犧牲手機耗電量是必然的。這體現在以下方面：5G終端設備採用Massive MIMO（大規模多入多出）天線技術，則需要在手機裡內置至少8根天線，而且每根天線都有自己的功率放大器。並且，屏幕耗費電量也是一個重要方面。屏幕分辨率高，對CPU 和GPU的處理能力要求也高；屏幕大，所需的背光燈更多，這兩方面都會導致耗電增加。另外，在5G覆蓋率低的情況下，首選5G網絡就會造成手機頻繁搜索信號，這本身也就是加重手機處理信息的任務，搜索信號本身也帶來功耗壓力。當然這隻會出現在5G網絡建設的初期。

外掛基帶問題：

最後便是文章開頭所提到的外掛基帶問題。目前，各大芯片廠商都暫未推出內置5G調制解調器的SoC（Service Operation Center）解決方案。無論是驍龍855、Exynos 9820、麒麟980均沒有內置對5G網絡的支持功能，這就需要單獨外掛自家的驍龍X50、Exynos 5100、巴龍5000來實現5G功能。外掛基帶說的就是手機僅支持部分網絡制式，但又需要支持更全面的網絡制式，所以需要獨立的基帶芯片去支持剩餘的網絡制式。而集成基帶則是基帶芯片和其他如CPU、GPU等芯片都在一個SOC裡面而無須額外的獨立基帶芯片。順帶說一句，需要外掛基帶多數都是因為高通CDMA專利問題導致（蘋果手機信號差就是因為外掛基帶造成）。那麼外掛5G基帶就像上邊說的那般，因為SOC的內置基帶不支持5G網絡制式而需要在手機的主板上嵌入專門用於5G網絡通訊的基帶芯片。目前已有兩家廠商展示了5G基帶芯片，分別是高通的X50和華為的巴龍5000。X50將會應用在高通下一代芯片驍龍855上實現5G網絡支持。巴龍5000則會在華為下一代麒麟980上實現5G網絡支持。此外，5G基帶還會有三星Exynos Modem 5100，英特爾XMM 7560，聯發科M70。據聞，新一批的處理器在5G支持上基本都會採用外掛的方式而非內置。主要原因有以下幾點：1，搶跑5G；2，SOC整合研發時間長預留5G基帶位置方案不成熟；3，現有技術還難以整合5G基帶。

外掛基帶相對於集成基帶有著佔用手機黃金空間、發熱、耗電、信號或受影響的缺點。這無疑增加了手機的功耗。而通過外掛基帶的方式，也會增加手機的功耗。例如，驍龍855採用了7納米工藝，而外掛的X50調制解調器卻為28納米工藝，顯然會影響手機功耗，甚至對手機的發熱控制能力提出新挑戰。同樣，Exynos 5100採用了10納米工藝，比Exynos 9820的8納米工藝也落後一代。

總結：

實際上，無論是3G手機、4G手機還是5G手機，在設計初期都會遇到這樣的情況。通過有效管理可緩解5G手機耗電大的問題。以多核心CPU為例，每個核心之間完全獨立，都擁有自己的前端總線，不會造成衝突。需要處理比較多的數據或運行較多的任務時，就喚醒多個核心。不需要的時候，可以減少一些核心，從而降低能耗。5G手機也可以通過這種方式降低耗電量。打電話時不需要其他功能，只讓1個核心工作，就不會消耗太多電量。不過與3G手機和4G手機相比，5G手機的管理難度更大。因為不同頻段對應著不同制式的網絡。除了LTE之外，還有GSM、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等多種制式的網絡都集中在5G手機中，加大了手機的管理難度。把不同制式的網絡比作車道，當1個車道變成8個車道，能跑的車確實更多，但總體耗油量也增大，對車道進行管理的難度也隨之增加。5G手機考驗著芯片商和手機廠商的優化能力。

此外，技術改進也可促進能耗降低，如使用新材料、手機內置更好的芯片、採用AMOLED屏幕等低能耗的配件、增加電池容量或增強CPU處理能力等等。例如英特爾的Jann在國際固態電路會議(ISSCC)專題演講中描述他的團隊在3GPP完成5G NR規範之前，即設計了sub-6GHz和mmWave RF收發器原型，並已應用於2018年奧運會(2018 Olympics)和其他場所的試驗。英特爾將20%專用於授權MIPI M-PHY核心的28nm工藝 27.7mm2芯片用於鏈接收發器與基頻。Jann說，當全部的8通道均以全速運轉時，僅消耗“幾瓦”功耗。所以降低能耗是手機永恆的話題。

在現階段，與功耗大相比，目前5G手機的主要問題還是貴。今年所有支持5G網絡的手機基本都是旗艦機。Galaxy S10 X可能會賣到萬元以上。與同等配置的4G手機相比，5G手機可能貴1000元以上。總之，目前5G網絡覆蓋不足、終端售價高，同時一些技術瓶頸問題尚未被攻克，在此背景下，對普通用戶而言，入手5G手機還為時尚早。