手機SIM卡的演變

時間：2022年10月20日上午4:15

大家好，我是小棗君。

今天要聊的話題，是關(guān)于「SIM卡」的。

嗯，沒錯，就是這個東東——

現(xiàn)在是移動互聯(lián)時代，幾乎人手一部手機。

但是，大家都知道，手機再牛逼，如果沒有SIM卡，也是個廢柴——既不能打電話，也不能發(fā)短信，更不能移動上網(wǎng)。

為什么呢？因為SIM卡代表了手機的“合法身份”，相當于是手機的“身份證”。

在營業(yè)廳辦理的SIM卡

有了這個“身份證”，手機才能使用運營商的通訊網(wǎng)絡(luò)，享受通信服務(wù)。

SIM卡槽

那么，用于“身份識別”的SIM卡，就只是一個存儲了“手機號”的小金屬片嗎？還存了別的信息嗎？它到底是一個什么樣的工作原理呢？

別急，小棗君今天會逐一給大家揭秘！

SIM卡的構(gòu)造

SIM卡，通常簡稱SIM，全名是Subscriber Identity Module（用戶識別模塊），因為它一直以卡片形式存在，所以我們都習(xí)慣叫它SIM卡。

實際上，SIM卡是一個裝有微處理器的芯片卡。

嗯，沒錯，SIM卡里竟然有個CPU！

除了CPU之外，SIM卡上面還有程序存儲器ROM、工作存儲器RAM、數(shù)據(jù)存儲器EEPROM，以及串行通信單元。

是不是覺得很耳熟？對，一臺計算機就有CPU、ROM、RAM、I/O設(shè)備。所以說，一個SIM卡，基本上就是一個微型計算機了。

我們使用手機和SIM卡時，實際上是手機向SIM卡發(fā)出了命令，SIM卡根據(jù)標準規(guī)范來執(zhí)行并反饋結(jié)果，不是想象中只做單純的信息存儲器那么簡單。

如果各位仔細觀察SIM卡，會發(fā)現(xiàn)這個小金屬片上面會被劃分成不同的區(qū)域，有點像“圖騰”。

這些不同的區(qū)域，實際上是SIM卡和手機連接時，不同的觸點連接。

SIM卡槽和觸點

不同的觸點，有著不同的用處。有的是給SIM卡供電，有的是為了手機和SIM卡交換數(shù)據(jù)。

電源(Vcc) 、復(fù)位(RESET) 、時鐘(CLK) 、接地端(GND)、編程電壓(VPP)、數(shù)據(jù)

前面小棗君說了，在SIM卡上，存儲了我們手機用戶的信息。那么，究竟是哪些信息呢？如下：

1、由SIM卡生產(chǎn)廠商存入的系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)。

2、由移動運營商在將卡發(fā)放給用戶時注入的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)。包括鑒權(quán)和加密信息、算法、參數(shù)。

3、由用戶自己存入的數(shù)據(jù)。比如，短消息、通訊錄、話費記數(shù)等。

4、用戶在用卡過程中自動存入和更新的網(wǎng)絡(luò)接續(xù)和用戶信息類數(shù)據(jù)。包括最近一次位置登記時的位置信息，臨時移動用戶號（TMSI）等。

這些數(shù)據(jù)信息中，第1類是寫死無法修改的，第2類是只有專業(yè)部門才能查閱和更新的，第3、4類才是手機可以讀寫更新的。

所以說，SIM卡里，大有乾坤。

SIM卡的演進歷史

說完SIM卡的構(gòu)造，我們再來看看它的歷史。

SIM卡作為通信史上的一個偉大發(fā)明，其實已經(jīng)誕生快30年了。

上世紀90年代，2G通信標準GSM在歐洲誕生，并在全球迅速普及。

1991年，德國捷德公司開發(fā)了世界上第一張SIM卡，隨后賣了300張給芬蘭運營商Radiolinja。

沃達豐的Orbitel 901

發(fā)出了第一條短信的GSM移動電話，也是第一部插入了SIM卡的移動電話

大家知道為什么現(xiàn)在新辦的SIM卡，都會嵌入在一張名片大小的卡片上嗎？

SIM卡片

除了方便攜帶之外，最主要的原因，就是——最開始的SIM卡，就是名片那么大的。。。使用時，必須整張卡，塞進手機里。。。

標準卡（原卡） VS 銀行卡

上面這個才是真正的「標準SIM卡」，也叫“原卡”。

我們國家移動通信起步晚，基本上錯過了“原卡”的時代。大部分人最早接觸的SIM卡，是這樣的——

Mini SIM卡（紅框內(nèi)）

上圖這種卡，叫「Mini SIM卡」，是手機小型化之后，在原卡基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。

2010年，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）再從Mini SIM發(fā)展出「Micro SIM卡」。

Micro SIM卡首次使用在蘋果公司所推出的iPad及iPhone 4，后續(xù)iPhone 4S、iPad 2等眾多智能手機都有采用。

Micro SIM 和 iphone4

2011年，又是蘋果公司，提出「Nano SIM卡」標準，經(jīng)過2012年的一番競爭（戰(zhàn)勝了諾基亞、RIM、摩托羅拉聯(lián)合提交的方案），該標準被ETSI采納為4FF標準。

Mini SIM、Micro SIM、Nano SIM（從左到右）

所以，獨立實體形態(tài)的SIM卡，一共有四個標準。

減肥效果顯著！

關(guān)于SIM卡的變化，大家其實都看得出來了，并不是什么技術(shù)演進，說白了，就是剪塑料（剪卡）。

剪卡

剪卡如今也是一件很常見的事情，淘寶買個剪卡器，自己就能剪。

小卡也可以通過卡托，變成大卡。

總之，可大可小，非常靈活。

SIM卡和UIM卡

其實，關(guān)于SIM卡，大家還有一個誤解。

一直以來，我們把手機卡都叫做SIM卡，這并不嚴謹。

SIM卡是屬于GSM技術(shù)的，對于GSM的死敵——CDMA來說，它的手機卡，并不叫SIM。

那早期的CDMA手機，用的是什么卡？

答案是——沒有卡。

嗯，你沒聽錯，早期的CDMA手機是不插卡的。而且，目前國際上的CDMA運營商（為數(shù)不多了），它們的手機，基本上都是不插卡的。

那CDMA手機靠什么來擁有手機號碼等信息呢？

有的是運營商直接在手機中寫入號碼，然后一起賣給用戶；有的是通過OTA，也就是Over The Air，空中放號。

例如，買了全新的CDMA手機之后，第一次開機，按指定格式發(fā)一些消息，即可實現(xiàn)手機號碼信息的寫入，變成一部正常的手機，這就是一次OTA空中放號的過程。

如果大家有點印象，iPhone剛火起來的時候，很多人去買國外的水貨iPhone 4S，就會買到美國CDMA運營商Verizon的iPhone 4S，當時被稱為“V版”iPhone，都是不能插手機卡的。如果你要在中國用它，必須“找關(guān)系”，對手機進行“燒號”，才能使用。其實，就是把你的電信號碼“燒進”手機里面，實現(xiàn)機卡一體。

話說，當年中國加入WTO時，和美國談判，作為條件之一，美國“要求”我們必須建一張CDMA網(wǎng)絡(luò)，我們才有了聯(lián)通的那張C網(wǎng)（后來賣給中國電信）。而我們也對這張C網(wǎng)做了一點“小改動”，就是必須有“卡槽”。

于是，中國這張CDMA網(wǎng)絡(luò)，成了世界上唯一一張要插手機卡的CDMA網(wǎng)絡(luò)。

CDMA制式的手機卡，叫UIM卡，全名是User Identify Module，很巧，中文名也叫用戶識別模塊。

Subscriber和User，都有“用戶”的意思。

通信行業(yè)里，通常用subscriber指代手機用戶。

現(xiàn)在，UIM是由中國電信倡導(dǎo)，CDMA的大旗，也是中國電信在扛。不過，應(yīng)該也扛不了多久了。

UIM和SIM除了技術(shù)制式上的區(qū)別之外，在外型尺寸、作用功能方面幾乎沒有什么不同，所以大家通常也把UIM稱為SIM。

eSIM卡的誕生背景

前面講到剪卡。那么，問題來了。

既然SIM卡已經(jīng)被剪成只剩金屬部分，那還能不能再剪了呢？

很多人會問，難道Nano-SIM還不夠小嗎？還不能滿足要求嗎？

眾所周知，隨著科技的不斷發(fā)展，我們的手機已經(jīng)變得非常輕薄。

即便如此，手機廠商們在手機尺寸和空間利用上依然是殫精竭慮，喪心病狂。

Nano-SIM雖然看上去已經(jīng)很小了，但是對于手機廠商來說，還是無法忍受。

除了SIM卡本身之外，卡槽結(jié)構(gòu)以及對應(yīng)的接口走線，也要占用空間。

除了手機之外，最要命的是可穿戴智能設(shè)備（智能手表、運動手環(huán)、智能眼鏡）。對它們來說，即使是Nano-SIM，也還是太大了。

帶通訊功能的手表，空間非常有限

此外，有卡就有卡槽，有卡槽就有縫隙。

手機卡槽

SIM卡槽的縫隙，嚴重影響設(shè)備的防水，進而限制了設(shè)備的使用場景。

所以說，廠商們迫切希望能夠干掉手機上所有的“孔”和“縫”。

第三點，SIM卡是插在卡槽里的，通過金屬觸片連接，但是這種非焊接的接觸，就會存在接觸不良的問題。

尤其是可穿戴設(shè)備，經(jīng)常會有磕碰，時間長了，容易導(dǎo)致松動或脫落，影響使用。

最后一點，也是最重要的一點，就是換號困難。

SIM卡代表了用戶和單一運營商的契約關(guān)系。你辦理了SIM卡，就是和運營商簽訂了合同，憑卡享受服務(wù)。

SIM卡就好像一把鑰匙。一把鑰匙只能開一個門，如果你想開別的門，就必須再買別的鑰匙。

換鑰匙就是換卡，對于手機用戶來說，換卡是一件挺麻煩的事。

卡針，要用的時候卻永遠找不到

所以，手機廠商們一直在考慮，如何才能徹底解決SIM卡的這些問題。

這一次，蘋果公司最先想到了辦法。

2011年，蘋果公司向美國專利和商標局申請了一項虛擬SIM卡專利。

2014年，蘋果發(fā)布了自己的SIM卡——Apple SIM，嵌入美國和英國發(fā)售的iPad Air 2和iPad Mini 3平板電腦中，允許用戶設(shè)備動態(tài)選擇運營商網(wǎng)絡(luò)。

2015年7月，蘋果公司和三星計劃聯(lián)手推出eSIM卡。

2016年6月，GSMA（GSM協(xié)會）發(fā)布智能手機eSIM規(guī)范。這一規(guī)范獲得全球超過30家運營商、芯片商及蘋果、三星、谷歌等智能手機廠家的支持。

那么，到底什么是eSIM呢？

看到eSIM這個詞，你可能會以為“e”代表“電子（electronic）”，是電子SIM卡，其實并非如此。

eSIM是指Embedded-SIM（嵌入式SIM卡），本質(zhì)上還是一張SIM卡，只不過它變成了一顆SON-8的封裝IC，直接嵌入到電路板上。

這樣一來，不僅解決了連接可靠性的問題，也節(jié)約了高達90%的空間。

而且，eSIM是可編程的，支持通過OTA（空中寫卡）對SIM卡進行遠程配置，實現(xiàn)運營商配置文件的下載、安裝、激活、去激活及刪除。

OTA過程

說白了，你不用去營業(yè)廳，就可以靈活選擇多家運營商的網(wǎng)絡(luò)，像選Wi-Fi一樣方便。

這不是要了運營商的老命？！

長期飯票變成臨時飯票，用戶和運營商之間的契約關(guān)系說完蛋就完蛋，用戶粘性大幅下降，說翻臉就翻臉，運營商一點辦法都沒有！

對于蘋果、華為這樣的終端設(shè)備商來說，eSIM簡直不要太爽——即節(jié)約了空間，方便了設(shè)計，也降低了難度和成本。

Apple Watch Series3僅比前代手表增加了0.2mm的厚度，就實現(xiàn)通訊功能

最重要的是，有了eSIM，終端設(shè)備商就可以繞開運營商，直接和用戶搭上線了。至于你運營商會怎么樣，他們才不會在乎呢。

這就是為什么，終端設(shè)備商愿意大力推廣eSIM——

2015年8月，三星Gear S2成為首款支持eSIM的智能手表。

2017年9月，蘋果發(fā)布的Apple Watch 3也采用了eSIM方案。

2017年10月，Google最新發(fā)布的兩款手機Pixel 2與Pixel 2 XL成為首款兼容eSIM的智能手機。

……

一時間，狼煙四起，終端設(shè)備商們紛紛投入eSIM的懷抱。

話說回來，前面提到，是GSMA發(fā)布了eSIM的規(guī)范。而GSMA（GSM協(xié)會）是一個代表全球移動運營商利益的組織，按理來說應(yīng)該抵制才對，為什么會推動eSIM呢？

因為運營商們根本不是為了手機才推進eSIM的。他們關(guān)注的重點，是物聯(lián)網(wǎng)。

根據(jù)專業(yè)機構(gòu)預(yù)測，到2025年，全球M2M（Machine to Machine）連接設(shè)備數(shù)量將達到300億，這些設(shè)備都依賴e-SIM相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，對于網(wǎng)絡(luò)運營商來說是一塊超大的蛋糕。