5G散热行业报告：5G手机、基站散热（30页）

行业报告下载 2020年08月04日 06:40 管理员

2020 年高刷新率成为各品牌旗舰手机的标配，也成为旗舰手机的重要卖点之一。在一加、 OPPO、小米、三星等厂商的推动下，高刷新率也成为了用户的需求热点，为用户带来了更细腻流畅的使用体验。然而屏幕的刷新率也与手机的功耗呈现正相关的关系，根据 phone Arena 的测评，经过同样的浏览及翻页测试，60Hz 刷新率模式下的 Galaxy S20 Ultra 续航时间为 12 小时 23 分钟，而在 120Hz 刷新率模式下续航时间仅为 9 个多小时，续航时间下降幅度为 20%-25%。5G 手机在网络连接领域有更高的功耗及发热，主要原因可概括为三点。一是 5G 网络具有更高的网速及频率，手机会在同等时间内进行更多次数的数据传输、交互。二是 5G 终端设备采用 MIMO 天线技术，手机需要内置更多天线，根据 Qorvo 数据，在 Sub-6Ghz 频段需要 8-10 根天线，在毫米波频段需要 10-12 根天线，每根天线都有自己的功率放大器，导致功耗及发热的增加。三是在 5G 网络覆盖率较低、信号较弱的情况下，手机频繁搜索信号的行为也会造成较大的功耗及发热。

5G 基站架构改变，从 4G 的 BBU、RRU 两级结构演进到 CU、DU 和 AAU 三级结构。在 5G 基站中：有源天线、原 RRU 及 BBU 的部分物理层处理功能合并为 AAU；CU 是原 BBU 的非实时部分分割出来的部分，主要处理低实时的无线协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署；DU 是主要处理包括物理层功能和高实时的无线协议栈功能，满足 uRLLC 业务需求，与 CU 一起形成完整协议。我们认为，在 5G 部署初期，5G 设备形态优先选择 CU/DU 合设方式，未来随着 5G 垂直行业等新业务需求，可基于 MEC 边缘云，后续采用 CU-DU 分离方式。在 CU/DU 合设为 BBU 的 5G 基站架构中，BBU 主要负责基带数字信号处理，比如 FFT / IFFT、调制/解调、信道编码/解码等；AAU 主要由 DAC（数模转换）、RF（射频单元）、 PA（功放）和天线等部分组成，主要负责将基带数字信号转为模拟信号，再调制成高频射频信号，然后通过 PA 放大至足够功率后，由天线发射出去。根据中通服咨询设计研究院数据，在移动通信网络中，基站是耗电大户，大约 80%的能耗来自广泛分布的基站设备机房；在基站设备机房中，基站设备的能耗占机房设备耗电比例超过 50%；在基站设备中， AAU 耗电超过了基站设备耗电比例的 80%；在 AAU 功耗中，主要包括芯片功耗（占比 50%）、PA 功耗（占比 30%）及 RF 功耗（占比 20%）。

对于基站 BBU 和 AAU 设备的功耗，目前不同厂商设备的差异性较大。根据中通服咨询设计研究院数据，以现有 64T64R S111 宏基站设备为例，单基站的功耗约为 3kW~4kW， 5G 基站设备较 4G 基站设备功耗提升约 2~3 倍；一个 5G 标准站（1 个 BBU+3 个 AAU）的电费在直供电场景下，单站年电费将达到 2 万元，在转供电场景下，单站年电费将达到 3 万元，是 4G 同类站点的 3 倍左右。因此高功耗已经成为 5G 规模商用和产业成熟的阻力之一，我们认为散热/冷却技术、智能化能耗调节等方案应及时引入 5G 基站的设计中。