未来趋势浅析物理SIM卡向虚拟eSIM卡的转变

张浩宇

最近小米和联想都推出了4G版的笔记本，通过集成的eSIM芯片获得了对4G网络的支持。在此之前，三星Gear S2也集成了eSIM卡，在智能手表领域掀起了不小的波澜。问题来了，eSIM是个什么东东？和现在手机里的SIM卡相比有什么区别？

在介绍eSIM之前，我们还是有必要简单回顾一下SIM卡的发展史。

没有最小只有更小的SIM卡

SIM卡（Subscriber Identification ModuIe，客户识别模块）是一种集成度较高的芯片，它是由微处理器CPU、程序存储器ROM、工作存储器RAM、数据存储器EEPROM和串行通信单元5个模块组成。运营商在各个时期发行SIM卡的主要区别在于EEPROM的容量，比如8K、16K、32K、64K、512K等，它的大小将决定SIM卡中可以保存多少联系人等信息。

SIM卡原本应该是默默隐藏在手机里的一件存在感很低的东西，然而在智能手机的发展历程中，它却至少给我们找了2次麻烦。没错，就是由标准卡、中卡和小卡所引发的兼容性问题（图1）。

如今SIM卡拥有3种规格：标准SIM卡尺寸为25mm×15mm×0.8mm：Micro SIM卡尺寸为12mm×15mm×0.8mm；Nano SIM卡尺寸为12.3mm×8.8mm×0.7mm，体积越来越小（图2）。

SIM卡的形态变化从侧面也印证了智能手机的发展趋势：更轻更薄，甚至连塞进标准SIM卡的空间都受到了影响（图3），所以今天的智能手机大都已经过渡到双Nano SIM卡，或是Nano SIM卡+Micro SIM卡（图4）。至于标准SIM卡，只能在老年机市场刷“存在感”了。

如果你一直以为SIM卡历年来的革新只是表现在体积越来越小之上，那你就太小看它了。实际上从3G时代开始，SIM卡也引入了不少容易被我们忽视的黑科技。

迎接4G SIM向USIM转型

2014年算是国内4G网络的普及元年，但不知道大家是否还记得，当我们购买全新的4G手机后，还需要去中国移动营业厅开通4G业务，并將老SIM卡更换成一种名为“USIM”的全新卡片才能享受4G网络的高速冲浪。

那么，为何4G时代需要USI M卡的支持？USIM卡和原来的SIM卡差别又体现在了哪里？

简单来说，USIM卡同样拥有Micro和Nano两种标准，和传统SIM卡的差别除了表面印有USIM的标识外，表面芯片部分有所变化（图5），并在安全、速度、容量和功能层面都进行了升级。

在安全方面，SIM卡使用的是单向鉴权机制：在接入网络时只对SIM卡做身份认证，曾有黑客表示可以在短时间内远程控制任何一个SIM卡号码，甚至复制。而USIM卡使用的则是双向鉴权机制：通过AUTN（认证令牌）实现用户和网络的鉴权，接入网络时不仅对USIM卡进行身份认证，USIM卡同时也要对网络进行身份认证，因此可大幅提升破解难度，还能有效地识别或屏蔽伪基站，提升网络通讯的安全。

在速度方面，传统SIM卡只支持2G和3G网络，而USIM卡则是UMTS 3G网络的一个构件，可支持更高的数据速率。换句话说，USIM卡是识别和运行在4G网络上的必要条件，同时还能向下兼容3G和2G。

在容量方面，USIM卡最多可存储1000个号码，是传统SIM卡的2倍～4倍，并能针对每个联系人选择录入电子邮件、职位等其他信息，而且对于卡内信息的读取速度也较SIM卡提升了数倍。不过，如今更多用户习惯将联系人、通话记录和短信保存在手机本地或上传到云端，USIM卡的容量优势并没有太多的实际意义。

在功能方面，USIM卡在继承SIM卡可与NFC功能联姻的同时，进一步优化和丰富了钱包功能，承载金融、公交等第三方应用，相关内容我们后文会有详细介绍。

需要注意的是，USIM卡并非4G时代的专利，早在2G向3G过渡时期，中国联通就率先要求转网用户将正在使用的传统SIM卡更换为USIM 3G卡（图6）。因此，联通用户在从3G升级到4G时只需登记而无需换卡。

USIM卡的“变种”NFC USIM卡

如今越来越多的手机都已经开始支持NFC功能。遗憾的是，绝大多数手机的NFC并非全功能型，缺少SE安全芯片，只能实现NFC读卡，无法进行NFC写卡。因此，截至目前能直接在NFC模块中写入公交卡或银行卡的手机可谓凤毛麟角。

为了满足消费者使用手机刷卡的梦想，由运营商发行的NFC USIM卡就此出炉（图7）。NFC USIM卡的原理是在USIM卡内集成独立的SE安全芯片和射频天线线圈。将其安装在支持NFC的手机中，通过“和包”（中国移动发行，不同运营商所需应用不同）等APP就能往NFC USIM卡的SE中烧写进公交一卡通的随机卡号，然后就能在和包里进行充值了。

需要注意的是，NFC USIM卡中的话费余额和交通卡余额是独立存在的，需要分别进行充值和管理。此外，NFCUSIM卡不仅可以写入公交卡，理论上银行卡、会员卡、积分卡、企业门禁卡等也都能写入（视NFC USIM卡发行方是否提供支持）。

NFC USIM卡的最大优势是，无论手机处于关机、息屏待机、通话等状态时，都不会影响SIM卡中SE信息的读取，永远都能被公交车或地铁出入口的闸机读取，无视手机状态（图8）。但是，NFC USIM卡也存在每次刷卡时都无需指纹、密码、APP验证，如果手机或SIM卡丢失就是大麻烦（交通卡余额不能挂失和找回）。

eSIM从实体到虚拟的进化

虽然Nano SIM卡已经非常迷你，但它（以及相应的卡槽）对智能手表等穿戴式设备而言还是太过“庞大”。在智能手机和笔记本领域，为了实现更轻更薄的梦想，物理形态的SIM卡永远都不嫌小。

因此，GSM协会于2016年初发布了对物联网、智能穿戴产品和平板电脑的可编程（擦写）SIM卡，也就是我们所说的“eSIM”，又称虚拟SIM卡（图9）。不同于传统的物理SIM卡，eSIM卡摒弃了传统的可拆卸式SIM卡的设计思路，而是让卡可以作为一颗零部件直接嵌入到设备中，从而彻底消灭实体SIM卡。

eSIM卡到底长什么样

在三星Gear S2CIassic 3G和出门问问旗下的Ticwatch 2智能手表身上，eSIM卡是一颗直接集成在手表内部主板身上的一颗芯片。以Ticwatch 2为例，它内置的eSIM芯片尺寸只有5mm×6mm，面积仅有Nano SlM卡的1/4，从而在超迷你的身材里实现了通话联网等功能（图10）。

在4G版的联想小新Airl3 Pro和小米笔记本Air身上，eSlM则是直接集成在无线网卡身上的一颗芯片，无线网卡就是eSIM卡（图11）。未来，如果eSIM卡可以顺利引入智能手机领域，那它既可以是像Ticwatch 2那样嵌入一颗比Nano SIM卡还小的eSIM芯片，还有可能将eSIM功能直接融入到SoC的基带芯片中，真正从物理形态上实现终结。

eSIM卡的特色功能

那么，eSIM卡除了可以帮设备进一步瘦身以外，还有哪些特点？

1.消费者可以摆脱SIM卡的限制，可以根据网络信号好坏、资费高低差异等环境因素，随时切换不同的运营商（携号转网）；

2.eSIM卡内所包含的安全信息，可用来帮助企业进行私有网络的身份验证，让手机数据的远程管理、找回与删除等安全防护更加容易；

3.在成本方面，通過SIM卡和卡槽的取消能够降低4元左右的成本，这在物联网领域是非常敏感的；

4.在开卡流程方面，运营商只需要在后台开通业务和计费系统就能开展业务，大幅压缩了制卡的流程。

其中，相信第1点是很多用户心中最美好的愿望：借助eSIM卡实现携号转网，再也不用担心运营商的各种不合理和霸王条款了！然而，支持携号转网只是eSIM卡的“理论”功能，现实中转网的需求几乎不可能达成。

eSIM卡的局限性

如今国内销售的智能手机除了iPhone以外，其他产品都将双卡双待作为了标准功能，而eSIM卡暂时还没有能力模拟双卡双待，所以在手机领域很难有所建树。

此外，现在国内销售的那些集成eSIM卡的设备，普遍是由运营商或指定网络服务方牵头的。Ticwatch 2智能手表内置的eSIM芯片是由民生通讯提供，仅支持联通的WCDMA 3G网络。初次使用时要到微信公众号或民生通讯官网注册，大概流程是填写包装的上的ICCID（其实就是SIM卡的ID码）和个人信息、选号码和套餐、拍包装、身份证和自己的合照上传等待实名认证审核（图12）。

联想小新Air 4G版笔记本，其eSIM卡上网功能需要使用联想自家的“懂的通信”：运行联想懂的上网程序和联想ID激活，并仅支持联通的4G网络（图13）。小米笔记本Air 4G版则是和中国移动合作，其集成的eSIM卡也仅支持移动一家的4G网络（图14）。想转网？最基本的网络制式就不支持！

eSIM卡的发展前景

抛开携号转网这个不切实际的梦以外，eSIM对移动设备、智能穿戴和物联网设备的促进作用很大。还是以我们最为熟悉的PC领域为例，平板二合一设备就是eSIM最大的潜在客户，它能帮助这些产品脱离路由器或手机生成的Wi-Fi信号，直接进行高速联网，可进一步提升办公和娱乐效率。

此外，微软在新版Windows 10系统中也对eSIM进行了支持和优化，在ARM架构处理器也能运行Windows 10系统和X86程序的将来，eSIM将为PC带来如下改变：

1.运行Windows 10电脑版系统和程序的电脑跑着手机处理器；

2.集成eSIM的Windows 10电脑可以随时联网，并获得通话短信功能。

未来，在eSIM的帮助下手机和电脑（主要是PC平板二合一设备）的区隔将被打破，手机即电脑，电脑即手机，差异只是大小和形态。当然，这些都是后话，微软和ARM（高通）的合作能否成功，骁龙芯片能否完美兼容X86程序也没有定论。

而eSIM在智能穿戴和物联网设备的前景更是值得期待，今后出门再也不怕忘带手机了，手机上的来电、聊天和各种提醒信息都会通过网络直接推送在智能手表、智能眼镜、车载屏幕上，无比方便。