未來趨勢淺析物理SIM卡向虛擬eSIM卡的轉變

張浩宇

最近小米和聯想都推出了4G版的筆記本，通過集成的eSIM芯片獲得了對4G網絡的支持。在此之前，三星Gear S2也集成了eSIM卡，在智能手表領域掀起了不小的波瀾。問題來了，eSIM是個什么東東？和現在手機里的SIM卡相比有什么區別？

在介紹eSIM之前，我們還是有必要簡單回顧一下SIM卡的發展史。

沒有最小只有更小的SIM卡

SIM卡（Subscriber Identification ModuIe，客戶識別模塊）是一種集成度較高的芯片，它是由微處理器CPU、程序存儲器ROM、工作存儲器RAM、數據存儲器EEPROM和串行通信單元5個模塊組成。運營商在各個時期發行SIM卡的主要區別在于EEPROM的容量，比如8K、16K、32K、64K、512K等，它的大小將決定SIM卡中可以保存多少聯系人等信息。

SIM卡原本應該是默默隱藏在手機里的一件存在感很低的東西，然而在智能手機的發展歷程中，它卻至少給我們找了2次麻煩。沒錯，就是由標準卡、中卡和小卡所引發的兼容性問題（圖1）。

如今SIM卡擁有3種規格：標準SIM卡尺寸為25mm×15mm×0.8mm：Micro SIM卡尺寸為12mm×15mm×0.8mm；Nano SIM卡尺寸為12.3mm×8.8mm×0.7mm，體積越來越小（圖2）。

SIM卡的形態變化從側面也印證了智能手機的發展趨勢：更輕更薄，甚至連塞進標準SIM卡的空間都受到了影響（圖3），所以今天的智能手機大都已經過渡到雙Nano SIM卡，或是Nano SIM卡+Micro SIM卡（圖4）。至于標準SIM卡，只能在老年機市場刷“存在感”了。

如果你一直以為SIM卡歷年來的革新只是表現在體積越來越小之上，那你就太小看它了。實際上從3G時代開始，SIM卡也引入了不少容易被我們忽視的黑科技。

迎接4G SIM向USIM轉型

2014年算是國內4G網絡的普及元年，但不知道大家是否還記得，當我們購買全新的4G手機后，還需要去中國移動營業廳開通4G業務，并將老SIM卡更換成一種名為“USIM”的全新卡片才能享受4G網絡的高速沖浪。

那么，為何4G時代需要USI M卡的支持？USIM卡和原來的SIM卡差別又體現在了哪里？

簡單來說，USIM卡同樣擁有Micro和Nano兩種標準，和傳統SIM卡的差別除了表面印有USIM的標識外，表面芯片部分有所變化（圖5），并在安全、速度、容量和功能層面都進行了升級。

在安全方面，SIM卡使用的是單向鑒權機制：在接入網絡時只對SIM卡做身份認證，曾有黑客表示可以在短時間內遠程控制任何一個SIM卡號碼，甚至復制。而USIM卡使用的則是雙向鑒權機制：通過AUTN（認證令牌）實現用戶和網絡的鑒權，接入網絡時不僅對USIM卡進行身份認證，USIM卡同時也要對網絡進行身份認證，因此可大幅提升破解難度，還能有效地識別或屏蔽偽基站，提升網絡通訊的安全。

在速度方面，傳統SIM卡只支持2G和3G網絡，而USIM卡則是UMTS 3G網絡的一個構件，可支持更高的數據速率。換句話說，USIM卡是識別和運行在4G網絡上的必要條件，同時還能向下兼容3G和2G。

在容量方面，USIM卡最多可存儲1000個號碼，是傳統SIM卡的2倍～4倍，并能針對每個聯系人選擇錄入電子郵件、職位等其他信息，而且對于卡內信息的讀取速度也較SIM卡提升了數倍。不過，如今更多用戶習慣將聯系人、通話記錄和短信保存在手機本地或上傳到云端，USIM卡的容量優勢并沒有太多的實際意義。

在功能方面，USIM卡在繼承SIM卡可與NFC功能聯姻的同時，進一步優化和豐富了錢包功能，承載金融、公交等第三方應用，相關內容我們后文會有詳細介紹。

需要注意的是，USIM卡并非4G時代的專利，早在2G向3G過渡時期，中國聯通就率先要求轉網用戶將正在使用的傳統SIM卡更換為USIM 3G卡（圖6）。因此，聯通用戶在從3G升級到4G時只需登記而無需換卡。

USIM卡的“變種”NFC USIM卡

如今越來越多的手機都已經開始支持NFC功能。遺憾的是，絕大多數手機的NFC并非全功能型，缺少SE安全芯片，只能實現NFC讀卡，無法進行NFC寫卡。因此，截至目前能直接在NFC模塊中寫入公交卡或銀行卡的手機可謂鳳毛麟角。

為了滿足消費者使用手機刷卡的夢想，由運營商發行的NFC USIM卡就此出爐（圖7）。NFC USIM卡的原理是在USIM卡內集成獨立的SE安全芯片和射頻天線線圈。將其安裝在支持NFC的手機中，通過“和包”（中國移動發行，不同運營商所需應用不同）等APP就能往NFC USIM卡的SE中燒寫進公交一卡通的隨機卡號，然后就能在和包里進行充值了。

需要注意的是，NFC USIM卡中的話費余額和交通卡余額是獨立存在的，需要分別進行充值和管理。此外，NFCUSIM卡不僅可以寫入公交卡，理論上銀行卡、會員卡、積分卡、企業門禁卡等也都能寫入（視NFC USIM卡發行方是否提供支持）。

NFC USIM卡的最大優勢是，無論手機處于關機、息屏待機、通話等狀態時，都不會影響SIM卡中SE信息的讀取，永遠都能被公交車或地鐵出入口的閘機讀取，無視手機狀態（圖8）。但是，NFC USIM卡也存在每次刷卡時都無需指紋、密碼、APP驗證，如果手機或SIM卡丟失就是大麻煩（交通卡余額不能掛失和找回）。

eSIM從實體到虛擬的進化

雖然Nano SIM卡已經非常迷你，但它（以及相應的卡槽）對智能手表等穿戴式設備而言還是太過“龐大”。在智能手機和筆記本領域，為了實現更輕更薄的夢想，物理形態的SIM卡永遠都不嫌小。

因此，GSM協會于2016年初發布了對物聯網、智能穿戴產品和平板電腦的可編程（擦寫）SIM卡，也就是我們所說的“eSIM”，又稱虛擬SIM卡（圖9）。不同于傳統的物理SIM卡，eSIM卡摒棄了傳統的可拆卸式SIM卡的設計思路，而是讓卡可以作為一顆零部件直接嵌入到設備中，從而徹底消滅實體SIM卡。

eSIM卡到底長什么樣

在三星Gear S2CIassic 3G和出門問問旗下的Ticwatch 2智能手表身上，eSIM卡是一顆直接集成在手表內部主板身上的一顆芯片。以Ticwatch 2為例，它內置的eSIM芯片尺寸只有5mm×6mm，面積僅有Nano SlM卡的1/4，從而在超迷你的身材里實現了通話聯網等功能（圖10）。

在4G版的聯想小新Airl3 Pro和小米筆記本Air身上，eSlM則是直接集成在無線網卡身上的一顆芯片，無線網卡就是eSIM卡（圖11）。未來，如果eSIM卡可以順利引入智能手機領域，那它既可以是像Ticwatch 2那樣嵌入一顆比Nano SIM卡還小的eSIM芯片，還有可能將eSIM功能直接融入到SoC的基帶芯片中，真正從物理形態上實現終結。

eSIM卡的特色功能

那么，eSIM卡除了可以幫設備進一步瘦身以外，還有哪些特點？

1.消費者可以擺脫SIM卡的限制，可以根據網絡信號好壞、資費高低差異等環境因素，隨時切換不同的運營商（攜號轉網）；

2.eSIM卡內所包含的安全信息，可用來幫助企業進行私有網絡的身份驗證，讓手機數據的遠程管理、找回與刪除等安全防護更加容易；

3.在成本方面，通過SIM卡和卡槽的取消能夠降低4元左右的成本，這在物聯網領域是非常敏感的；

4.在開卡流程方面，運營商只需要在后臺開通業務和計費系統就能開展業務，大幅壓縮了制卡的流程。

其中，相信第1點是很多用戶心中最美好的愿望：借助eSIM卡實現攜號轉網，再也不用擔心運營商的各種不合理和霸王條款了！然而，支持攜號轉網只是eSIM卡的“理論”功能，現實中轉網的需求幾乎不可能達成。

eSIM卡的局限性

如今國內銷售的智能手機除了iPhone以外，其他產品都將雙卡雙待作為了標準功能，而eSIM卡暫時還沒有能力模擬雙卡雙待，所以在手機領域很難有所建樹。

此外，現在國內銷售的那些集成eSIM卡的設備，普遍是由運營商或指定網絡服務方牽頭的。Ticwatch 2智能手表內置的eSIM芯片是由民生通訊提供，僅支持聯通的WCDMA 3G網絡。初次使用時要到微信公眾號或民生通訊官網注冊，大概流程是填寫包裝的上的ICCID（其實就是SIM卡的ID碼）和個人信息、選號碼和套餐、拍包裝、身份證和自己的合照上傳等待實名認證審核（圖12）。

聯想小新Air 4G版筆記本，其eSIM卡上網功能需要使用聯想自家的“懂的通信”：運行聯想懂的上網程序和聯想ID激活，并僅支持聯通的4G網絡（圖13）。小米筆記本Air 4G版則是和中國移動合作，其集成的eSIM卡也僅支持移動一家的4G網絡（圖14）。想轉網？最基本的網絡制式就不支持！

eSIM卡的發展前景

拋開攜號轉網這個不切實際的夢以外，eSIM對移動設備、智能穿戴和物聯網設備的促進作用很大。還是以我們最為熟悉的PC領域為例，平板二合一設備就是eSIM最大的潛在客戶，它能幫助這些產品脫離路由器或手機生成的Wi-Fi信號，直接進行高速聯網，可進一步提升辦公和娛樂效率。

此外，微軟在新版Windows 10系統中也對eSIM進行了支持和優化，在ARM架構處理器也能運行Windows 10系統和X86程序的將來，eSIM將為PC帶來如下改變：

1.運行Windows 10電腦版系統和程序的電腦跑著手機處理器；

2.集成eSIM的Windows 10電腦可以隨時聯網，并獲得通話短信功能。

未來，在eSIM的幫助下手機和電腦（主要是PC平板二合一設備）的區隔將被打破，手機即電腦，電腦即手機，差異只是大小和形態。當然，這些都是后話，微軟和ARM（高通）的合作能否成功，驍龍芯片能否完美兼容X86程序也沒有定論。

而eSIM在智能穿戴和物聯網設備的前景更是值得期待，今后出門再也不怕忘帶手機了，手機上的來電、聊天和各種提醒信息都會通過網絡直接推送在智能手表、智能眼鏡、車載屏幕上，無比方便。