COVID-19疫情2020年持續延燒，5G產業化腳步在艱困中展開，但產業趨勢與技術的提升並未完全停滯，且5G運算/處理能力/資料儲存能力全面提升，同時AI運算與毫米波(mmWave)持續成為布局重點。
正當5G要開始邁出高度發展的步伐，卻遇上百年一見的新型冠狀病毒(COVID-19)肆虐，2020年一定會被記錄在人類的歷史上。嚴重的疫情彷彿將全世界的轉動按下暫停鍵，各行各業都受到影響，尤其是經濟活動，截至2020年4月的觀察，影響將持續至少半年，若後續的情況沒有明顯好轉，產業推動的遞延狀況將超過一年。
行動通訊應用發展到第五代，人們對於行動網路的依賴程度越來越高，5G產業化的趨勢不會逆轉，但是發展不確定性可能因疫情相對提高。
然而，好消息是，5G推動廠商在相關產品發展與研發的活動並未受明顯影響，因此5G產業發展還是往前推動，儘管相關市場觀察數字不若2019年底樂觀，但並未朝向悲觀的方向。5G技術的提升帶動許多關鍵零組件的發展，以5G網路設備而言，運算能力、訊息處理能力、資料/訊息儲存能力都需要提升，同時導入更大量的AI運算處理；毫米波(mmWave)頻段的元件由於可以提供高速網路體驗，成為相關廠商發展重點。
COVID-19成2020年最大黑天鵝
無論是哪個領域，新型冠狀病毒疫情肯定將成為2020年產業發展最重大的影響因素，工研院產科國際所分析師陳梅鈴指出，2019年底看好5G在2020年的商業化進展，主要是政府、5G設備、關鍵零組件、電信營運商、手機品牌等業者的大力推動，經過2020年第一季的疫情影響，電信營運商的商轉進度紛紛延後或縮小，像是台灣、英國、德國、義大利、西班牙這些已經完成5G釋照的國家，其他歐洲原定2020年釋照的國家也紛紛延後頻譜競標作業；值得關注的是中國，雖然是疫情的起源，但在政府祭出史無前例的封閉式管理手段後，反而成為較早控制疫情的國家，對於後續5G的推動態度相對積極。
因此，中國被看好是2020年5G產業推動的火車頭，而Marvell基礎設施處理器業務部基頻產品副總監Jean-Francois Lacasse(圖1)則認為，2020年，5G產業的重心集中於部署Sub-6GHz網路，為手機與筆電等行動設備帶來比4G更優異的行動網路體驗。但是，為了發揮出5G的真正潛力，還要針對網路部署展開大量的工作，包括射頻單元與基地台及其他基礎架構，如：邊緣運算、訊息處理能力以及備受關注的網路虛擬化(NFV)技術。
圖1 Marvell基礎設施處理器業務部基頻產品副總監Jean-Francois Lacasse指出 2020年，5G產業的重心集中於部署Sub-6GHz網路。
而根據統計，截至2020年3月，全球約63個主要國家的電信商已布建Sub-6GHz網路。GSMA報告指出，2020年會有170家各國電信商開始提供5G服務，預期滲透率可望高達15%，這樣的成長動能會持續到2025~2026年。然而，在2020年上半年，疫情的影響造成相關預測的不確定性大幅提升，因為沒有人知道疫情最終的嚴重程度，Anokiwave亞太區業務總監張肇強(圖2)就直言，產業瀰漫的「不確定性」，就是2020年5G推動最大的風險。
圖2 Anokiwave亞太區業務總監張肇強認為產業瀰漫的「不確定性」，就是2020年5G推動最大的風險。
5G效能全面提升技術挑戰接踵而至
與4G相較，5G技術帶來大幅度的改變，亞德諾半導體(ADI)通訊基礎設施業務部中國區策略市場經理解勇(圖3)說，4G之前頻段集中在2.7GHz以下，5G的使用頻段，在中低頻段部分，則提升到3.5~4.9GHz，而設備商需要提供新的產品以覆蓋這些頻段。5G因為資料流量大幅增加，頻寬、通道數也隨之提升，同時電信營運商也要求進一步降低尺寸、功耗和成本。因此需要用單一平台來支援所有的通訊協定，以減輕成本與開發上的壓力。
圖3 ADI通訊基礎設施業務部中國區策略市場經理解勇認為提高5G訊號覆蓋和用戶體驗，至少需要2~3年。
網路自動優化、故障檢測和自我修復等功能至關重要，因其能為5G網路內近乎即時的應用提供所需的高容量、可靠性與低延遲。Lacasse提到，這些並非新功能，它們早已存在於4G網路中，但透過人工智慧與機器學習等方法進行部署後，則將成為5G的關鍵推手。Arm應用工程總監徐達勇認為，5G網路的高度彈性，讓網路虛擬化與軟體定義網路(SDN)大行其道，網路的維運管理更加依賴AI。
另外，由於傳輸速率的提升帶來資料量的增加，對於5G元件技術而言，徐達勇解釋，將至少帶來運算能力提升與耗電的兩大挑戰。5G在6GHz以下頻段，每通道由20MHz擴大為100MHz，高頻段更高達100~400MHz；同時頻譜效率也從90%提升到98~99%，元件必須提升資料處理能力，以達成效能要求。此舉也帶動耗電量的提升，高速運算下元件發熱量提高，散熱需求連帶成為頭痛的問題，複雜的電路在元件尺寸微縮上亦是一大挑戰。
5G產業機會隨技術/應用升級全面展開
目前5G網路建設尚處於初期階段，還需要不斷地使其完備和優化，解勇表示，欲提高訊號覆蓋和用戶體驗，這個過程不是一蹴可幾的，預計需要2~3年、甚至更長的時間。2019年，5G以非獨立式(NSA)組網為主，覆蓋熱門上網區域和室內場所，主要支援eMBB功能；到2020年，隨著獨立式(SA)網路的成熟和部署，5G將支援除eMBB業務之外的mMTC和URLLC應用，實現與垂直產業的深度結合，加快實現社會的數位化轉型。
然而疫情影響，陳梅鈴認為，2020年5G網路部署還是以NSA為主，先前宣稱要直接以SA架構進行網路布建的中國電信營運商，也傳出降低SA網路的比重，導致如自動駕駛、智慧醫療、無線網路控制的工業自動化等前瞻型的應用將延遲到2021~2022年之後。另外，5G帶來的機會除了基地台或者通訊設備之外，在測試和儀器儀表端也帶來了非常多的機會。包含從設計研發到驗證研發，以及從晶片設計到模組甚至終端都需要一系列的測試設備來進行檢測。
5G的關鍵元件仍是支援射頻單元(RU)、分散式單元(DU)、中央單元(CU)以及交換機的新型晶片解決方案，Lacasse解釋，其中射頻、基頻、上層5G協定軟體層以及流量匯流於無線存取網路(RAN)內。從處理日益增加的天線陣列射頻單元晶片、基頻、在L1~L3的所有5G協定堆疊層內提供更高的傳輸速率與低延遲的運算與傳輸晶片，直至在極低延遲情況下每秒鐘TBit級資料的高速交換器，為了實現所需的性能並幫助網路營運商盡可能降低設備成本支出，新世代處理器對於5G的部署而言都必不可少。新的軟體模式也非常重要，需要建立以軟體為中心的虛擬化5G核心網路，提供網路的可擴展性、彈性與可維護性。
O-RAN開放架構商機大鳴大放
2020年有許多電信營運商投入5G網路布建，相較之下，局端(Central Office, CO)設備的商機在現階段較終端5G手機更為具體。另外，有別於過往傳統基地台供應商的發展模式，5G開啟了另一個開放式虛擬無線接取網路(Open Radio Access Network, O-RAN)的新架構模式，英飛凌(Infineon)大中華區射頻及感測元件總監麥正奇(圖4)表示，這樣的架構打破傳統基地台電信設備的使用系統，完全符合現今大數據世代下所需要的雲端化、虛擬化等特性，讓各電信基地台介面更開放及更標準化，因此電信營運商可以有新的設備思考模式來經營5G市場。
圖4 Infineon大中華區射頻及感測元件總監麥正奇提出毫米波應用需要學習曲線累積能量使產品符合市場需求。
台灣有良好的伺服器設計與開發的能量，近年來，大數據需求量增加帶動了Amazon、Facebook、Google、Microsoft等網路大廠崛起，也造就白牌伺服器產業發展。在新型態的商業模式下，對於有大量雲端運算需求的新應用，可以在靠近應用端架設邊緣運算(Edge Computing)用的資料中心，並且在邊緣運算節點加上5G的訊號收發基地台，發展私有雲的概念，也讓5G的商業機會推向了台灣伺服器製造商，同時帶動射頻元件和射頻模組供應商和網通設備供應商等。
5G毫米波挑戰需時間累積技術能量
5G要提供高於4G的網路速度和更大的數據封包，麥正奇直言，在局端設計挑戰上，5G毫米波頻段導入了波束成形(Beamforming)技術來強化波束傳播的距離和頻譜使用效率，利用陣列的毫米波天線增加有效等向射頻功率(Effective Isotropic Radiated Power, EIRP)以增加訊號覆蓋範圍；並搭配集中射頻能量的波束來增加使用的頻譜效率。過去陣列天線技術使用在軍事/航太領域，如今商業化則需要透過學習曲線累積能量來使產品符合商業市場需求，包括天線布局、陣列天線設計、毫米波電路設計和損耗的評估。
另外，由於局端設備通常設置於室外，並且因需要提供較高的功率去涵蓋收訊範圍，高低溫的變化(-25~85℃)也會影響產品的效能，因此生產線如何針對產品進行溫度和天線角度的校正也是設計挑戰。麥正奇進一步說明，資料下載的接收電路部分，必須滿足更寬的頻率使用範圍(600MHz~6GHz)以及5G SRS(Sounding Reference Signal)天線切換功能，5G終端產品天線數量比4G增加3~5隻，造成天線設計先天的困難；資料上傳的發射電路上，電路路徑損耗會因為使用的頻率升高而增加，而終端產品使用頻段變多也會使得頻段間互相干擾，進而加深了設計上的挑戰。
再者，高頻毫米波FR2雖然不是現階段的建設重心，卻是大部分廠商下階段技術布局的重點，張肇強說，毫米波訊號接收問題是這兩年廠商技術研發的目標，陣列天線的波束控制技術更是關鍵核心，以波束成形技術為例，數位波束成形(Digital Beamforming)效能好但成本相對較高，近年已有越來越多廠商陣列天線的設計採用混合式波束成形(Hybrid Beamforming)，這個架構的優點是設計彈性、效能與成本可以取得平衡。
4G和5G訊號都是採用正交分頻多工(OFDM)波形並沒有根本上不同，NXP認為，在局端方面，有幾種不同的應用場景，在較小的規模上可以設計專用網路；於較大規模時，可以使用eMBB網路。其中，虛擬化對於完成高效局端部署至關重要。美國是FR2頻段技術發展的領頭羊，在政府的推動下，預計2020年下半年會在市場上發表相關終端產品，也有部分廠家發表時程因為COVID-19影響而延後到2021年Q1。
5G技術產品布局百花齊放
產品發展部分，解勇表示，ADI能提供從位元到波束(Bits to Beams)的全訊號鏈解決方案，為客戶提供系統級的技術支援。除了射頻鏈路，ADI還開發和提供整合的數位演算法如DPD，以協助客戶降低系統成本和功耗。在高頻領域以SiGe製程推出5G毫米波射頻方案；針對大頻寬則推出28nm CMOS製程的射頻採樣資料轉換器；低頻領域則推出更高整合度、更低功耗的射頻全訊號鏈整合方案。
Marvell則強調從射頻單元到核心網路，都擁有多款解決方案，Lacasse指出，包括高效能的OCTEON Fusion 5G基頻處理器、OCTEON TX2網路基礎架構處理器、Aldrin網路交換器以及ThunderX2伺服器處理器。Marvell近期亦宣布使用上述產品的5G基地台設計已被三星與諾基亞所採用。在這些產品領域以及交換機、乙太網實體層、汽車晶片以及伺服器處理器等方面，Marvell將持續創新。
麥正奇解釋，英飛凌在毫米波高頻領域有80/60GHz回傳網路(Backhaul)解決方案，2018年開始推出第一代5G毫米波波束成形收發器和升降頻轉換器(Up-down Converter)來滿足5G毫米波段28GHz和39GHz相關應用。從過去提供四通道單極化波束成形收發器，來到現在的八通道雙極化波束成形收發器。在Sub-6GHz中低頻段則提供了高線性度、低損耗、低消耗功率的RF Switch、LNA以及改善天線效能的天線調諧器，幫助開發者克服複雜系統所帶來的風險。
而NXP則在CPE、RF/RF PA、O-RAN CU-DU-RU以及整合的小型蜂窩和虛擬化邊緣產品推出解決方案，並積極參與O-RAN和5G ACIA這類產業推動組織。而Anokiwave也甫於2020年2月推出第三代毫米波晶片，整合雙極化(Vertical and Horizontal Polarization)波束成形IC與升降頻轉換器，可在主流的毫米波頻段24/26GHz、28GHz與37/39GHz運作，支援毫米波大型基地台、小型基地台與聯網終端(CPE)等應用開發。