国产CMOS毫米波相控阵芯片的重要意义

毫米波芯片是高容量5G移动通讯核心，长期被国外垄断，是我国短板中的短板。毫米波的大带宽可赋予5G更优的性能表现，在终端芯片方面，此前仅高通推出了支持毫米波的终端芯片。

中国工程院院士刘韵洁表示，南京网络通信与安全紫金山实验室已研制出CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片，并完成了芯片封装和测试，每通道成本由1000元降至20元。同时，他们封装集成1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列。芯片与天线阵列力争2022年规模商用于5G系统。

一、业界首次：CMOS+毫米波通信

同时，该实验室封装集成1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列。芯片与天线阵列力争2022年规模商用于5G系统。

很多媒体为之欢欣鼓舞，简略称之为“5G毫米波芯片”的突破。

不过，根据笔者跟相关专家的沟通以及阅读刘院士在新闻上说阐述的，该芯片是“CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片”，只是可以用于5G系统，而不是说该芯片就是“5G毫米波芯片”，这二者还是有很大的区别的。

另外，有知乎作者(甜草莓)指出该芯片并不是国际首次研制，它的意义更多在于自主研发和商用。

最重要的突破，还是来自于如同媒体报道所说，是在业界首次较为彻底地解决了阻碍CMOS毫米波通信的芯片问题，这才是关键所在。

该技术突破是基于东南大学移动通信国家重点实验室承担的国家863计划5G研究开发、国家重大科技专项等多个项目所形成的技术积累，从芯片、模块到天线阵面全面实现自主可控，技术水平处于国际领先。

传统上，毫米波系统包括射频前端、基带等等相当多组成部分，当我们不需要考虑空间时，可以利用各自独立的电子元器件构建(比如传统的毫米波相控阵雷达)，其尺寸较大且成本较高。

因此该作者认为，采用CMOS工艺来整体实现就变成了比较优秀的选择，因为它具有经济成本低、集成度高、可与数字电路形成片上系统(system on a chip, SoC)等优势。这也就是报道里着重提到的CMOS工艺来制作5G毫米波芯片的三点优势。

二、国产CMOS毫米波相控阵芯片的价值何在?

毫米波(Millimeter Wave)指的是工作频率在30~100GHz，波长在1~10mm之间的电磁波。目前，5G频道有FR1频段和FR2频段，毫米波属于FR2频段。

5G毫米波最大的优点是频率高,最快速度可达10Gbps,是4G网络的10倍。除此之外,5G毫米波束很窄,能够很好地辨别方向,让信号源更加清晰稳定。

相控阵芯片也是卫星互联网星载射频芯片的一种。天风证券认为，相控阵芯片占比可能达到9%，2021年采购额有望达14亿元。

相控阵芯片是基于相控阵雷达技术的毫米波芯片，利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同相位波束。

由于毫米波通信频谱资源丰富，5G时代选择使用毫米波频段，速度就好比单车道升级为十车道，苹果公司已在研发支持毫米波的5G版手机。

但是宽带卫星通信和5G毫米波通信的关键核心器件毫米波相控阵芯片身价高昂，以256通道的典型相控阵天线为例，其售价高达上百万元，成为该芯片商用的最大阻碍。

此次，我国自主可控、成本超低的5G毫米波芯片研发成功将彻底打破我国缺芯少魂，将助力5G毫米波商用，帮助建立覆盖全球每个角落的宽带通信网络，消除信号盲点。