因應5G的發展，晶片設計亦將隨之面臨更高頻率及高功率的挑戰，高通、英特爾、三星等晶片大廠以4G編解碼技術為基礎支援部分5G技術，除了標準制定的發展進程，各大業者間的合作、結盟、生態圈建立、區域發展等為產業發展觀察重點。
為了追求更快的傳輸速度以及因應更大量的傳輸資料需求，行動通訊已發展至第五代行動通信系統，簡稱5G。過去各個世代的演進皆來自明確的標準改變，但5G的發展重點則在於使用者的應用情境衍生出的高速高效能傳輸需求(如圖1)。
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| 圖1 5G技術面向與目標 |
資料來源：ITU-R、RIC，資策會MIC整理
5G三大應用情境包括：(1)能實現4K、8K影像通訊的超高速行動寬頻；(2)包括感測器網路、智慧城市、智慧家庭場域中的大規模複數型態物聯網傳輸；(3)應用於自動駕駛、智慧工廠、機器人等領域之高可靠度與低延遲通訊。
也因此，5G技術發展範圍更為廣泛，包括了毫米波(Millimeter Wave, mmWave)、巨量多重輸入多重輸出(Massive MIMO)及異質網路(Heterogeneous Network, HetNet)束波操控(beam-steering)等。
5G發展鴨子划水
以網路系統布建來看，5G並非單獨存在，而是「包含4G在內的整個系統方為5G」。
因應未來5G的發展，晶片設計亦將隨之面臨更高頻率及高功率帶來的挑戰，高通、英特爾、三星等晶片大廠以4G編解碼技術為基礎的整合型晶片或方案平台支援部分5G技術，Xilinx、英特爾則推出可支援5G毫米波頻段及巨量MIMO的可編程FPGA晶片組成SoC以因應運營測試需求。
從頻譜區段來看，到2019年世界無線通訊大會時，實際5G使用頻段才會獲得確認；高通技術長Matt Grob表示：「營運商將可以在『非獨立5G NR』的配置下，利用現有的LTE無線電並發展封包核心網路。」預期可將原本預計至2020年商用化普及的進程提前至2019年。
依據市場研究單位IHS的預估，平均每年約需投入2,000億美元打造5G的設施與價值鏈，而在5G通訊設備布建完成的前提下，2035年可廣泛創造12.3兆美元的商品與服務的價值；全球行動通訊系統協會則推估，至2025年5G將占移動通訊行業12%，若僅從行動網路來看，5G將於2035年時達成人口覆蓋率超過三分之一，創造2,200萬個就業機會。
5G技術仍在初期發展階段，其中，毫米波傳輸通道屬性與目前通訊技術不同，必須透過建立毫米波原型證實技術或概念可行性，為了執行毫米波系統的實體層運算，原型製作的過程中必須用到「可程式邏輯閘陣列(FPGA)」，促使FPGA在當前5G發展備受矚目。
Intel則是在2015年以167億美元買下可程式化邏輯元件製造商Altera，發展將自家Xeon晶片和Altera的FPGA晶片封裝在一起的系列產品，並借重Altera過去在手機基地台、軍事、航太等工業應用經驗發展5G晶片。
FPGA大廠Xilinx則將RF元件整合ADC/DAC、FPGA、ARM處理器、軟體、RF Analog推出All Programmable SoC，可支援5G巨量MIMO與毫米波頻段，供相關業者執行模擬與現場實測。
5G晶片扮演產業推動要角
為了提高傳輸量與傳輸速度，射頻功率元件必須朝向適用更高頻率及更大的電流與高電壓發展，而廣泛使用於射頻元件中的橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)技術應用頻率約為3.8GHz，在高頻應用領域受限。
化合物半導體如砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)等，則擁有較耐高溫、高壓、電阻小、電流大與低耗電等特性，其中GaN適用功率較大、頻率特性佳且基礎研究較為成熟，在5G通訊需求中將成為克服高頻應用的解決方案，以因應Massive MIMO與毫米波的干擾及功率提升衍生的過熱等問題。
各大晶片業者中，高通在配合客戶威訊無限(Verizon)與SKT需求的前提下，率先推出28GHz毫米波的Snapdragon X50 5G Modem，採用2x2 MIMO天線陣列，最高下載速度可達5Gbit/s。
電腦系統CPU龍頭英特爾則發表支援6GHz以下及28GHz的5G RFIC與Intel XMM7360(LTE Advanced modem)4G+晶片組成系統單晶片Gold Ridge，支援低延遲、2×2與4×4 MIMO組態與波束成型等5G NR技術，Intel的車聯網平台Intel GO未來也將整合在5G晶片之中。
三星推出28GHz頻率的毫米波5G無線射頻晶片解決方案，透過64根天線設計降低毫米波訊號衰減，並採用2016年6月發布的高增益/高效率功率放大器(High-Gain/High-Efficiency Power Amplifier)，傳送距離最遠達2公里。
全球RF的領導業者Qorvo積極參與3GPP 5G標準制定，並與多家設備業者及電信業者等進行場域實測，新推出的BAW 5濾波器可聚合密集的LTE頻段，提供符合中國大陸及北美地區主要頻段載波聚合(CA)解決方案，未來將可應用於筆電、智慧型手機、平板電腦等終端產品。
在當前由於通訊技術規格尚未底定，晶片大廠以廣泛參與場域實測的方式提升自家晶片被採用的數量與範圍，藉此擴大上下游共同合作基礎從而影響標準制定。在未來5G商機的驅動下，除了標準制定的發展進程之外，各大業者間的合作、結盟、生態圈建立、區域發展等為產業發展觀察重點。
(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)