Não compre smartphones 5G - pelo menos em um futuro próximo

Uma análise das muitas maneiras pelas quais a primeira geração de equipamentos com suporte a 5G (temporariamente?) Destruirá os desenvolvimentos existentes no design de telefones

5G já está aqui
O 5G já está aqui, mas isso não significa que você deve comprá-lo

2019 será o ano do 5G - pelo menos, a indústria de celulares continua fazendo essas declarações. Veremos o lançamento das vendas de vários smartphones 5G de OEMs, como Samsung, Motorola e OnePlus, e as operadoras farão o possível para dizer o quão legais são suas novas redes 5G, apesar de um monte de asteriscos após o texto publicitário. Eu queria inventar algum tipo de piada que demonstre o nível absurdo de hype em torno do 5G, mas é muito difícil superar as citações reais dos diretores da empresa - por exemplo, a Verizon diz que o 5G "melhorará dramaticamente nossa comunidade global". Internet móvel mais rápida está a caminho, mas é realmente hora de se preocupar com isso?

A Qualcomm fez recentemente um grande anúncio sobre seus chips para 2019 e, como é o maior fornecedor de chips para smartphones do mundo, podemos ter uma boa ideia de como será o futuro hardware do 5G. A indústria está lutando para retratar o 5G como o "próximo sucesso", mas o 5G do próximo ano será definitivamente um colapso da primeira geração. Os primeiros usuários do 5G terão que aceitar toda a gama de compromissos. E devido ao fato de que onde você mora, em princípio pode não haver cobertura 5G, talvez seja melhor esperar um ano ou dois.

Referência de onda 5G mm: usando um espectro que ninguém precisava

O 5G é uma referência curta à tecnologia de rede celular de próxima geração, a partir de 2019. Todo esse sistema de numeração com a letra G começou nos anos 90 com o lançamento da tecnologia GSM, que foi chamada de "segunda geração" [2 gerações], ou 2G - tecnologia de rede móvel. O GSM atualizou as primeiras redes de analógicas para digitais e, assim, as antigas redes analógicas retroativamente denominavam 1G. Desde então, obtemos todos os novos Gs após cada atualização de rede uma vez a cada 10 anos. Esses estágios de desenvolvimento nos deram coisas importantes como SMS e MMS, redes baseadas em IP e Internet móvel e, é claro, ainda mais velocidade.

Hoje, os smartphones modernos operam em 4G LTE em frequências na faixa de 450 MHz a 5,9 GHz. A transição para o 5G incluirá melhorias na infraestrutura LTE existente, mas as características definidoras do 5G são a adição de um novo espectro na faixa de 24 GHz a 90 GHz. A indústria concordou em chamar esse intervalo de mmWave (a partir de "ondas milimétricas") e exigirá a instalação de ferro novo no telefone, novos equipamentos na torre e grandes mudanças na operação da rede telefônica e telefônica.


O mmWave oferece uma ampla gama de espectros, mas é difícil de usar

Estamos acostumados ao fato de que essas atualizações da rede G são acompanhadas de apresentações convincentes sobre quão melhor tudo ficará após a implementação, mas a transição para o 5G mmWave não pode ser chamada de argumento convincente. Como a frequência de operação da faixa mmWave é muito mais alta que a do LTE, há deficiências suficientes. O alcance tem uma menor distância de recepção, penetra pior através de obstáculos, em comparação com o LTE. O sinal mmWave é bloqueado por prédios, árvores e até manualmente. O mmWave não funciona bem sob chuva ou nevoeiro e, a 60 GHz, o sinal é absorvido pelo oxigênio. Sim, sim - parte do espectro mmWave é bloqueada pelo ar.

Dado o número de obstáculos que precisam ser superados, o mmWave parece um espectro terrível para a construção de uma rede móvel até que você considere dois pontos principais: um aumento na frequência significa que o mmWave tem alta largura de banda e baixa latência se tudo funcionar, como necessário, e mais importante, esse espectro é gratuito. O mmWave não é usado para quase nada, pois trabalhar com ele é uma dor de cabeça. Portanto, se você puder resolver todos os problemas de implementação, de repente terá um enorme espaço de trabalho. E é a primeira coisa que as empresas falam quando começam a falar sobre o mmWave. Eles dizem que todo esse empreendimento será extremamente difícil e muito difícil, mas vale a pena.

O LTE apareceu em 2011 e, nos últimos anos, houve um progresso significativo na redução, aceleração e melhoria do desempenho de smartphones com 4G. Com o 5G, perderemos uma grande parte dessa maturidade técnica, colocando um monte de novos equipamentos 5G caros nos dispositivos.

Modems 5G separados - mais componentes, mais consumo, menos bateria

Hoje, quase todos os smartphones operam com base em um único chip, chamado apropriadamente de “System on a Chip” ou SoC. O nome nos diz que esses são os principais componentes com os quais você pode criar um computador em um pequeno chip. Geralmente, existem vários núcleos de CPU, GPU, ISP para a câmera, Wi-Fi e muito mais. Tecnicamente, a memória não está localizada neste chip, mas para economizar espaço, ela é colocada em cima do SoC. O componente principal, que não está localizado no SoC, é o armazenamento e, além disso, pequenos chips que controlam energia, áudio, Bluetooth, NFC e tudo o mais geralmente estão espalhados na placa-mãe. E então a tarefa da placa-mãe já está se tornando conectar tudo a tudo e sair rapidamente do caminho, já que o máximo possível do telefone precisa estar cheio de bateria.

A conclusão é que o espaço dentro do smartphone é muito valioso e, embora não possamos fazer nada com o tamanho de componentes como SoC, câmera, cartão SIM ou porta USB, podemos alterar o tamanho da bateria conforme desejado. Ou seja, "tamanho do smartphone" significa "tamanho da bateria". Se algo aumenta de tamanho, a bateria diminui. Qualquer coisa que exija componentes adicionais reduz a vida da bateria. A bateria recebe o espaço restante do smartphone (este é um argumento contra o fone de ouvido).

Nos últimos anos, os fabricantes de smartphones tentaram nos convencer de que não precisamos de um fone de ouvido e que removê-los reduzirá a complexidade do sistema e liberará espaço para a bateria. O diretor da Razer Ming-Liang Tan chegou a quantificar isso : ele disse que, ao se livrar do fone de ouvido do telefone Razer, a empresa poderia aumentar a capacidade da bateria em 50 mAh.

E por que isso é importante em um artigo sobre 5G? Em resumo, o 5W mmWave exigirá muito mais ferro que o 4G, o que levanta todos esses problemas com o tamanho da bateria e a complexidade do dispositivo.


O 5G precisa de um chip separado, mesmo com o novo SoC da Qualcomm

A maior vantagem da Qualcomm na era 4G foram seus modems. A combinação de tecnologias proprietárias e direitos de propriedade intelectual permitiu que a empresa se tornasse o único fabricante de chips capaz de combinar SoC e modem em um chip e vendê-lo em todo o mundo por pouco dinheiro.

A Qualcomm é a única empresa com uma solução de modem SoC + acessível, com uma rede de distribuição significativa em todo o mundo.

A Samsung oferece modems integrados na linha Exynos, mas os dispositivos Samsung ainda usam chips Qualcomm nos EUA, China, América Latina e Japão. Huawei e MediaTek estão em uma posição semelhante: eles podem fabricar LTE em um chip, mas não os distribuem pelo mundo. A Apple cria SoC para o iPhone, mas usa um chip separado para o modem. A Apple deixou os modems iPhone XS da Qualcomm em favor dos modems da Intel, mas isso gerou um monte de ações judiciais entre a Apple e a Qualcomm.

A Qualcomm possui patentes celulares básicas em alguns países e usa agressivamente sua propriedade intelectual para manter uma posição dominante. A empresa já enfrentou numerosos litígios de muitas empresas em vários países do mundo em conexão com o licenciamento injusto de patentes, mas isso não afetou a realidade do mercado em que todos, exceto a Apple, usam modems da Qualcomm.

Uma solução de chip único é uma grande vantagem em tornar a placa-mãe menor, mais barata e mais fácil, deixando mais espaço para a bateria. Se você juntar tudo em um único chip, isso economizará energia durante a operação, pois geralmente um chip consome menos energia que dois. Por anos, os usuários da Qualcomm desfrutam do uso de SoC com modems 4G LTE, e a empresa usa essa vantagem para dominar o mercado. Hoje, ele praticamente detém o monopólio entre os fabricantes de SoC de ponta, já que quase todos os flagships do Android usam o SoC da Qualcomm.

A Qualcomm recentemente exibiu seu SoC principal em 2019, o Snapdragon 855. E embora a empresa gaste muito esforço promovendo o hype em torno dos recursos do 5G Snapdragon 855, não terá um modem 5G mmWave a bordo. Ele terá suporte LTE embutido, como de costume, mas os telefones precisarão de um modem 5G separado - a Qualcomm perderá a vantagem de um único chip quando o 5G aparecer. Como expliquei acima, isso significará uma diminuição na bateria e um aumento no consumo de energia.

Já experimentamos toda essa história com "equipamentos de rede de primeira geração". Quando a transição para o 4G começou, o primeiro lote de equipamentos também veio com modems separados - veremos esse compromisso no caso do 5G. O exemplo mais famoso foi o HTC Thunderbolt, o primeiro dispositivo 4G ativado pela Verizon. Ele usou o Qualcomm Snapdragon MSM8655 SoC (antes da numeração simplificada do modelo) com um modem Qualcomm MDM9600 LTE separado. E este Thunderbolt foi um desastre, porque todos os seus novos equipamentos 4G vieram com uma bateria de apenas 1400 mAh. O telefone estava lento, quente, com bugs e rapidamente gastou a bateria. O Thunderbolt está constantemente na lista dos piores telefones de todos os tempos, e um funcionário da HTC até se desculpou por criá-lo. Novos equipamentos de rede podem se transformar em desastre se usados ​​incorretamente.

Chips gigantescos Qualcomm de primeira geração 5G

Não posso garantir que a primeira geração de equipamentos 5G seja tão ruim quanto o Thunderbolt - muita coisa mudou no design dos smartphones desde então -, mas a preocupação com as versões iniciais dos equipamentos de rede permanece. O novo equipamento de rede é novo porque está sendo reduzido pela primeira vez o suficiente para caber em um smartphone. As empresas não esperam até que seja fácil atender aos requisitos de tamanho para liberar um produto; eles começam a desenvolver um novo telefone no mesmo instante em que o equipamento de rede mal se encaixa. É provável que esses dispositivos de 2019 estejam cheios de ferro para 5G - o maior do ferro existente para 5G.

Vamos comparar os componentes internos necessários para fazer funcionar as redes 4G e 5G. Em relação aos principais chips da Qualcomm em 2019, um Snapdragon 855 será instalado em um telefone 4G - isso é tudo. Um modem LTE está embutido nele, portanto, um chip separado não é necessário, e as antenas para LTE são pequenos fios, geralmente integrados à placa-mãe. O 5G é uma questão completamente diferente: você precisará de um Snapdragon 855, um modem Snapdragon X50 5G, um conjunto de módulos de antena QTM052 - e esses são realmente chips, não apenas fios ou faixas da placa-mãe.


Chips Qualcomm próximos a centavos para escala

Não vi publicações da Qualcomm com o tamanho de chips 5G ou Snapdragon 855 , mas por hábito eles carregam suas fotos ao lado de centavos. Eles deveriam dizer: “veja quão pequenos são nossos chips”, mas, além disso, eles oferecem uma excelente escala - podemos fazer upload de fotos no Photoshop e obter as imagens dos chips em escala.

Acontece que os chips 5G de primeira geração serão robustos - pelo menos em comparação com outros componentes extremamente pequenos. O modem X50 e o único módulo de RF ocupam mais espaço que todo o Snapdragon 855. Lembre-se de que o 855th é SoC completamente, ou seja, tudo o que você precisa para o computador funcionar, além do modem 4G embutido, por isso é inacreditável que exista um modem 5G e um módulo Os RFs ocupam quase tanto espaço quanto todos os outros componentes principais, com exceção do armazenamento. Até agora, o 4G tem um layout elegante no chip, e o 5G terá que lidar com chips enormes.

Hardware exponencialmente mais complexo e muitas dificuldades no desenvolvimento

Na Qualcomm Snapdragon Summit, no Havaí, em dezembro, o presidente da empresa, Cristiano Amon, falou um pouco sobre como é difícil criar um smartphone para o 5G. Em um dos slides da apresentação, foi mencionado que o 5G "exponencialmente" complica o desenvolvimento de smartphones. E enquanto Amon esperava que fosse um elogio impressionante para os engenheiros da empresa, na minha opinião, isso soa como horror, matando a bateria. Complexidade é ruim. Complexidade é cara.

A questão não é apenas que o ferro para 5G é maior que o ferro para 4G - você precisará preencher o telefone com ferro para 5G para fazê-lo funcionar. O mmWave penetra tanto nos obstáculos que o sinal pode ser facilmente bloqueado manualmente - e para o dispositivo que você mantém constantemente em uso, isso é um problema. Para evitar uma situação em que você está “ segurando errado ” , a Qualcomm decidiu encher o telefone com várias antenas 5G.









Portanto, seu telefone não precisará apenas do Snapdragon 855, do modem X50 e do módulo de antena QTM052 - ele precisará de vários chips QTM052. As especificações da empresa indicam que, para contornar as limitações do mmWave, são necessários quatro módulos localizados em locais diferentes, embora versões mais avançadas do circuito possam fazer com três. Todos os diagramas para 5G mostram quatro módulos de antena - um de cada lado. O design de referência do protótipo 5G mostra três antenas 5G - na parte superior, esquerda e direita. O 5G Moto Mod da Motorola - e este é o mais próximo de um produto de consumo real hoje - tem quatro antenas: esquerda, direita e duas no topo.

Não importa qual configuração o OEM escolher, aparentemente, todos os telefones terão várias antenas e o telefone poderá escolher uma antena que sua mão não está bloqueando no momento. Por exemplo, se você segurá-lo no modo retrato, sua mão poderá bloquear as antenas esquerda e direita e o telefone poderá alternar para superior e inferior. Se você usar o layout de paisagem, o oposto é verdadeiro. O 5G mudará independentemente para antenas capazes de trabalhar com o sinal.

Mais antenas - componentes internos mais complexos e menos espaço livre. Voltando às fotos dos chips em escala, vemos que o chipset ocupará uma quantidade enorme em comparação ao 4G. Não sei qual é a espessura deles, mas se você medir em pixels, o 5G ocupará 3,3 vezes mais área que o 4G no SoC. Para uma indústria que não pode mais fornecer um fone de ouvido porque ocupa muito espaço, é difícil justificar todo esse equipamento 5G adicional.


Antenas ao lado? Um smartphone típico possui uma estrutura de metal em torno do perímetro - e essa opção obviamente não passa

Mas projetar um circuito se torna mais complicado do que apenas colocar todos os componentes em uma folha plana. Várias antenas são necessárias para implementar uma técnica chamada "3D beamforming". Em vez de enviar um sinal na forma de uma onda (imagine um símbolo de WiFi), uma antena formadora de feixe pode detectar uma estação e lançar um sinal concentrado diretamente nela. Nesse caso, a estação detectará seu telefone e enviará um feixe diretamente para você. A Qualcomm diz que essa tecnologia é um recurso importante dos dispositivos 5G, pois um feixe concentrado ajudará a superar alguns problemas do mmWave relacionados à distância e penetração. Por enquanto, todas as especificações da Qualcomm e todo o hardware dizem que essas antenas estão localizadas em um plano perpendicular à placa-mãe, na borda do telefone.

Se a eletrônica 5G realmente precisar de uma grande área de superfície da antena para ficar do lado - mas por enquanto todas as evidências confirmam isso -, isso gera alguns pensamentos interessantes sobre o design. Hoje, o carregamento sem fio levou os telefones a mudarem de estojos de metal para coberturas de vidro que permitem que sinais de rádio passem pela parte de trás do estojo. Como o vidro não é um material tão forte, esses telefones têm uma estrutura de metal, reforçando o design, que geralmente é visível dos lados. É improvável que um smartphone com aro de metal seja compatível com antenas 5G localizadas nas laterais. Claro, também não pode haver uma borda de vidro, e o que resta é plástico? O 5G pode abrir a era dos smartphones com laterais de plástico. Não vejo outra maneira de fazer com que essas antenas laterais funcionem.

Além disso, alguém terá que pagar por todos esses componentes 5G adicionais e, aparentemente, o consumidor fará isso. O diretor da OnePlus, Pete Lau, disse recentemente ao The Verge que o 5G tornará os telefones mais caros entre US $ 200 e US $ 300. E isso é muito dinheiro para um telefone que será maior e funcionará menos que um telefone com 4G.

Saída brutal de realidade 5G

O 5G, obviamente, exigirá que os smartphones comprometam-se no campo do hardware - pelo menos no futuro próximo. Mudar para o 5G significará aceitar muitos compromissos em comparação com um telefone 4G - mas o que receberemos em troca? Em 2019, é apenas "possivelmente uma Internet mais rápida", dependendo de várias variáveis ​​relacionadas principalmente à sua localização. Em primeiro lugar, você deve estar em uma cidade onde o 5G funciona, depois em um determinado local onde você pode receber um sinal 5G e depois decidir se realmente precisa desse aumento de velocidade.


A julgar pelo diagrama, a Qualcomm imagina que o mmWave será usado apenas nas cidades, devido a limitações de distância. LTE .

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