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5G 射頻芯片:高通想通吃,國內企業還有機會嗎?

hl5C_deeptechch ? 來源:YXQ ? 2019-07-28 10:26 ? 次閱讀

在國內通信產業一片“缺芯少魂”的尷尬處境中,其中一些“重災區”的受制情況遠比普遍情況更糟糕。

射頻前端芯片即是如此。就算是在5G主芯片上,國內畢竟還有海思、紫光展銳等企業占據一塊天地;但射頻前端市場有超過9成份額都被外商把持,領域內的國內企業都是“小舢板”。

射頻芯片直接影響著手機信號收發。如果沒有它,手機根本無法連接到移動網絡。在智能手機中,它是射頻收發器天線之間的一系列組件,主要包括功率放大器(PA)、濾波器、天線開關、雙工器和低噪聲放大器等。

在5G相關芯片方面,即使強大如蘋果,也怕被“卡脖子”。7月25日,蘋果公司正式宣布,將以10億美元的價格收購英特爾大部分的智能手機調制解調器(modem)業務。

此次收購意味著蘋果要為其手機生產自己的5G調制解調器,而不是完全依賴高通硬件

(來源:蘋果網站)

反觀國內的射頻芯片,其受制于人的狀態亟待改變。特別是在5G時代,射頻前端的重要性將更加凸顯。根據調研機構統計,全球手機射頻前端市場規模在2023 年將達350 億美元,未來射頻模塊所隱含的商機不亞于手機主芯片。

在這次中美科技戰中,射頻芯片的“空白”成為慘烈戰場,相比于產品線齊全的美國兩大射頻芯片供應商Skyworks 和Qorvo,國內供應商只能采取單點突破方式切入該市場,各家找一個切入點參與戰局。

這或許是起步階段的策略,但長期來看,補上該短板仍是長路漫漫。

制約國產射頻芯片的命門

據估計, 4G 全網通手機的射頻前端模塊成本約10 美元,內含10 顆以上射頻芯片,包括2 ~ 3 顆PA 、2~4 顆開關芯片、6~10 顆濾波器,未來到了5G時代, 射頻前端模塊成本將較4G 時代成長3-5 倍,有機會超過手機主芯片,其中蘊含的商機不言而喻。

然而,在這樣一個重要領域,國內企業的水平差距十分明顯。從目前來看,全球射頻前端市場集中度很高,前四大廠商Skyworks、Qorvo、Avago、Murata占據著全球85%的市場,且均是日美發達國家企業。

圖| 射頻前端芯片示意圖(來源:網絡)

在射頻前端模塊中, 功率放大器PA 芯片所受的壓力首當其沖。PA 芯片的功能是負責將發送的信號放大,是最耗電的元件,隨著手機頻段持續增加,PA 的數量也隨之增加,如4G 多模多頻手機所需PA 芯片介于5 ~ 7 顆,5G 手機內的PA 需求量將超過15 顆。

可以說,PA芯片決定著手機等無線終端的通訊距離、信號質量等,是整個通訊系統芯片組中除基帶主芯片之外最重要的組成部分。

根據調研機構統計, 2017 年PA芯片市場規模約為50 億美元,預計2023 年將達到70 億美元。在射頻前端模塊諸元件中,PA芯片的產值處于第二位。

目前全球PA 市場絕大部分比重被Skyworks (43%)、Qorvo (25%)、博通(25%)、Murata (3%) 占據,其中Skyworks、Qorvo、博通是IDM 廠,還有一個趨勢是無晶圓的PA 設計公司投入后,帶動PA 晶圓代工模式興起。

在工藝技術方面,PA 射頻芯片的制造難度越來越高,這也是為什么該市場主要由IDM 廠商所把持。目前, PA 采用的工藝以砷化鎵GaAs 為主,其次是SOI 、 CMOS 和矽鍺SiGe 。過去4G 的PA 主要采用砷化鎵工藝, 3G 的PA 采用砷化鎵或CMOS ,比重大約是各自50% ,未來5G 手機的PA 預計是延續砷化鎵工藝技術。

圖| Qorvo 的應用工程師在介紹用于部署5G 基礎設施的Qorvo GaN 功率放大器。(來源:Qorvo網站)

國產廠商在高端PA上的缺失,讓我們在即將到來的5G 競爭中束手束腳。但射頻前端模塊的另一個重要部件,所面臨的競爭環境更加嚴峻,這就是濾波器。

它是射頻前端模塊中市場規模最大的,2017 年產值約80 億美元, 2023 年將達到225 億美元。從銷售數據上看,美日供應商幾乎壟斷了濾波器市場。

對國內廠商來說,最壞的情況就是對著上百億美元的市場干著急,看著別人數錢。

濾波器功能在于雜訊過濾、抑制信號干擾,保障信號在不同頻率下不會互相干擾,目前手機上用的主流濾波器包括聲表面濾波器(SAW)、體聲波濾波器(BAW)。

在SAW 濾波器市場方面,前五大的廠商分別為村田(47%)、TDK(21%)、太陽誘電(14%)、Skyworks (9%)、Qorvo (4%),由此可知,前5大合計比重高達95%,形成寡占市場。

在BAW 濾波器方面,其實寡占更嚴重,排名前三名分別為博通(87%)、Qorvo (8%)、太陽誘電(3%),合計高達98%。

目前,一臺國際通用4G 手機,可能需要過濾最多15 個頻帶上的2G、 3G 和4G 收發通路,此外還有Wi-Fi藍牙和全球導航衛星系統,這樣一來,一部手機可能需要最多30 至40 個濾波器。

未來,每臺5G手機很可能需要放入更多的濾波器,因此事情可能變得越發復雜。

值得一提的是,由于4G、5G通訊所使用濾波器主要為BAW 濾波器,與2G 、 3G 使用的SAW 在技術上有相當程度的差異。若國內供貨商無法成功跨進BAW 市場,恐將在SAW 市場上面臨更沉重的價格戰壓力。

總之,整體來看,射頻前端技術被外商把持很深,超過9 成市場都是外商供應,當下中國,很少有一個技術領域會如此孱弱。

與此同時,射頻芯片的技術升級之路會更加坎坷。這是因為手機需要支持更多頻段,這讓射頻前端設計的復雜度直線提升,往往在方寸之間就要容納上百個元器件

另一個同時發生的趨勢,也讓射頻前端設計的難度雪上加霜。國際知名市場研究機構IHS就指出,伴隨著手機設計的輕薄化發展,機身內可被利用的空間實際上是減小的,尤其是主板的空間。

因此,盡管射頻前端的復雜度和重要性與日俱增,但矛盾的是,主板上留給它的空間卻越來越少。

這種尷尬,國內射頻前端企業體會甚深,留給他們的時間和空間,也在越來越少。

5G商機下,國內廠商的戰略

面對5G 商機到來,國內手機射頻芯片能迎來黃金時期嗎?國內業者的戰略和看法如何?

日前2019 集微半導體峰會上的“ 5G 國產射頻芯片的挑戰和機遇”中,許多國內射頻芯片新秀提出看法。

廣州慧智微電子是做可重構的射頻芯片,可重構是指其器件可以通過軟件更改,不同應用場景可以共享這個硬件,慧智微從4G 開始做多模多頻芯片,現在是5G 的芯片和蜂窩互聯網的芯片。

慧智微CEO 李陽指出,國際行業巨頭都是千人規模的公司,產品線確實非常全,到了5G 智能手機后,射頻技術會非常復雜,濾波器變成重要的角色,5G 高通的方案約11 顆,聯發科的方案約10 顆,其中發射有5 顆、接收有5 顆,慧智微也做發射部分,但問題是濾波器怎么解決?

李陽進一步分析,濾波器是兩種解決辦法,第一種是有一些新的頻率,比如UHP77 / 79,當前慧智微所采用的濾波器技術是LTCC 和IPD,其中LTCC有合作伙伴,而IPD 可以自己設計,但沒有用國際主流的SAW 和BAW 濾波器。不過,仍是有一些變化可能性,因為日后是不是還需要BAW 濾波器,現在來看需求并不清晰。還有,傳統的4G 為什么新頻段沒有問題?因為它是TDD , TDD 收的時候不發,發的時候不收,所以設計沒這么嚴格。上述提到5G 需要這么多顆的射頻芯片,在技術上一定要做高度集成。

李陽表示,濾波器在跟一些廠商合作,有海外、日系、韓系,也有國內廠商。現在的趨勢是隨著5G 的變化,原來一個手機廠商自己分開采購PA、濾波器等,但現在做集成,單獨賣濾波器是沒有人買的,比如兩大巨頭Skyworks 和Qorvo 的自產濾波器,他們也要找合作伙伴,無法再單一買賣了,因此,現在要跟他們建立合作關系,其實比以前容易得多,這就是一個很大的轉變。

北京中科漢天下專注的射頻芯片包括兩個板塊,一個是射頻前端,主要做砷化鎵功放和CMOS 功放,其中,CMOS 功率放大器是全球出貨比較靠前的,一個月差不多有3000 萬~ 4000 萬的出貨,同時,在砷化鎵技術上也重兵投入。

另外一個板塊是射頻的SoC,里面包括兩個小的方向,一個是低功耗藍牙,一個是自定義協議的非標的2.4 G 收發的小型SoC 。

北京中科漢天下總經理錢永學認為,短期內國內要全面達到美國的水平是不可能的,Skyworks 和Qorvo 一年的凈利潤都有40 億- 50 億的規模,國內業者的銷售額還不及他們凈利潤的十分之一,短期之內全面超過它幾乎是不可能。

圖| Skyworks產品圖(來源:Skyworks網站)

錢永學也強調,現在能做的就是實現進口替代,國內廠商能夠提供最基礎產品,不至于讓美國徹底卡死。但要強調的是,在國產化的過程中,與國內、國際業者都要加強合作,不能因為中美紛爭,就只用國內芯片而封鎖國際芯片,那等于是自己把自己封閉了。

未來國內業者想再進一步發展,可能就要等公司上市后,有更多的資本,再利用股市的杠桿做更大的事情,撬動更大的資本來進行并購,錢永學一直認為,并購是必行之路,包括獲得很多知識產權等,尤其是進行海外公司并購。

再者,廈門開元通信技術有限公司主要從事先進射頻濾波器,包括BAW 濾波器、 SAW 濾波器、晶圓級封裝等,這一塊濾波器從4G 時代起就應用廣泛,到了5G 時代,據說有一些手機未來可能會用到將近100 顆的濾波器裸芯片,可以預見濾波器市場未來的商機,更重要的是,國產化的比例現在非常低。

上海迦美信芯通訊技術董事長倪文海則表示,智能手機有一個令人頭痛卻也被忽略的地方,就是天線,到了5G 的智能手機,天線變成一個更頭痛的問題。他進一步表示,迦美信芯采用的策略就是單點突破,嘗試在天線調諧器的技術上深入研發,天線調諧器有一個優勢就是比較靠近天線,不容易被集成,因此,這塊領域是新創業比較容易生存和發揮的地方。

缺點是,小小的地方但技術要求又非常高,包括對工藝技術、耐壓、低阻抗等方面的要求都非常高。因此,在這塊技術領域上只要能夠發力,有效解決手機客戶的痛點,其實是跟國外替代芯片的水平差距不會太大。

再者,倪文海分析,現在4G 全頻的智能手機多的話有4-6 顆天線調諧器,因為以前蘋果手機下方有給天線提供孔徑的空間,但現在被壓縮,如果手機的性能、發射的靈敏度有要求的話,天線調諧器是必須要有的。第一波5G 智能手機的話,可能需要10-16 根天線調諧器,或是更多,需求量十分可觀。手機射頻前端是十分細分領域,適合國內公司做,例如射頻開關其實相對簡單,比PA 容易很多,其難度在品質、運營、規模,而且是用CMOS 做的,所以國內公司應該先集中精力把容易的技術解決掉,然后再結合去做濾波器,一步步地,往技術上層去做。

此外,國內射頻芯片公司小而散,只有聯手、整合,放棄內部低端市場的競爭,才有機會挑戰國際巨頭。

高通想通吃,國內企業還有機會嗎?

國內射頻芯片供應商面臨的另一個挑戰,是高通、聯發科等做主平臺的大芯片公司都想要做整體解決方案,把整個射頻前端都包進去。

對于這樣的挑戰,李陽表示,跨領域的競爭其實一直存在,高通從RF360 之后態度很明顯,現在5G 都是自己的產品,平臺公司有他們的策略,但聯發科看起來態度比較開放,因為他們也需要技術能力和高通相當的射頻芯片合作伙伴。

再者,三星、海思等平臺對其他獨立的射頻供應商而言,仍是有不錯的機會,至少現階段市場不會形成全然由主平臺完全整合射頻芯片的情形,獨立的芯片公司如果能把產品做到比高通等外商更有競爭力,為客戶創造更多的價值,仍有很大發展空間。

錢永學則表示,看起來提供整體解決方案上決心最強就是高通,聯發科沒有那么強烈的決心,而海思也自己有解決方案,但它備胎太大,因此不可能全部做,仍會有一些外購需求出來。錢永學強調,國內業者目前在射頻芯片的主戰場上,營收還不到外商凈利潤的十分之一,未來努力的空間還很大,機會還很多。

廈門開元通信技術有限公司董事長賈斌則表示,濾波器在每家平臺可能有一些特殊指標差別,但80% 以上需求都差不多;到了5G 時代,問題來了,因為5G 有很多天線、載波聚合,有些濾波器的特性確實需要導入更多新的設計。

這一波5G 商機,對于國產替代是個巨大機會,因為有科技戰“卡脖子”的事件發生,因此很多手機系統公司也會愿意嘗試國產芯片,且容忍度大幅提升。

倪文海的觀點是,眼前的貿易戰對國產芯片是個轉折機會。事實上,國內有一些公司的產品做的不錯,但很多手機廠商都用慣了外商的芯片,不愿意冒險替換成國產的,但這次貿易戰讓大家看清一個事實,國內確實需要自己的芯片生態圈。

倪文海認為,國內供應商在人力、資源各方面都比較缺乏,很多方面無法與外商比肩,希望手機廠可以提供一些特殊通道或者特殊的手機型號等,給國內企業訂單,協助他們壯大。

賈斌表示,很多國內的系統廠商已經采用外商的射頻芯片幾十年了,積累了大量的經驗,希望幫忙國內芯片廠商在設計、加工的時候,把質量逐步提升上來,把器件的質量測試好。

錢永學也表示,大公司可能也要發揮大公司的責任,要有意的培訓國內的供應鏈,至少要有幾個機型比如中端的機型先給國產的廠家去實驗,且據了解,韓國就有類似的法律規定,三星要有一定的比例給中小廠家,對國內較小企業而言,是需要得到大客戶的平臺支持,給予更大的容忍度來試錯的。

相較于國內射頻芯片的缺口巨大,在代工生產這一個板塊,就有很多選擇,包括身砷化鎵GaAs 工藝技術的代工廠有臺廠穩懋、宏捷科,以及廈門三安集成;SOI 工藝代工廠有華虹宏力、中芯國際、 GlobalFoundries 、TowerJazz ; CMOS 工藝代工廠有臺積電、中芯國際、聯電等; SiGe 工藝代工廠有:GlobalFoundries、TowerJazz等。

這次在5G 機遇和科技戰背景的催化下,讓國內芯片廠有崛起的機會,但仍是單點突破的作戰策略為主,未來要突破外商防線,仍是長途漫漫,但前方商機巨大,必須一步一個腳印才能獲得一席之地。

突圍之路,恐十分漫長。

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原文標題:5G大幕拉開,中國芯片新兵“肉搏”美日六巨頭能否突圍?| 獨家深度

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