11月20日報道 伴隨全球5G商用進程的全面開啟,射頻前端產業迎來巨大的發展機遇,在近日舉行的“2020北京微電子國際研討會暨IC WORLD學術會議”上,北京昂瑞微電子技術有限公司市場總監張書遷進行了題為《5G賦能,中國射頻前端產業發展與對策 》的演講,對全球5G射頻前端發展趨勢進行了介紹,對中國射頻前端產業發展的現狀以及對策分享了觀點和看法。
張書遷表示,5G給射頻前端產業帶來發展空間,也帶來諸多挑戰,國內企業要積極抓住5G的機遇,避免浮躁心態,潛心研發加快迭代,向高端領域挺進。同時希望國內大型手機廠商應該加強培養國內芯片廠家,共同推動中國射頻前端產業的做大做強。
射頻前端國產廠商嶄露頭角中高端仍存差距
經過30多年的發展,我國移動通信產業經歷了2G跟跑、3G突破、4G并跑后,終于在5G時代實現領跑,這是一段艱難的追趕和反超之路。
5G因其高速率、低延時和廣連接的特點,以及其在萬物互聯時代諸多應用場景發揮的作用,被視為下一輪科技革命的制高點。
目前,5G在全球商用進程已經全面開啟。截至2020年7月底,全球有392家運營商正在以測試、試驗、試點、計劃和實際部署的形式投資,有38個國家/地區的92個運營商已經推出商用5G服務。
去年我國5G發牌,正式開啟商用進程,截至9月底,基站部署數量已經達到60萬,5G手機銷售已超1億部,這是此前在任何一個通訊代際開啟的初年,都未曾達到的成績,充分體現出5G在我國的發展熱度。預計到2021年,5G手機銷售1.7億部,4G手機銷售超15億部。
射頻前端作為所有通信設備核心,包括射頻功放、濾波器(雙工器)、射頻開關、射頻低噪放、天線調諧、包絡跟蹤等,決定了通信質量、信號功率、信號帶寬、網絡連接速度等。
張書遷表示,在聯網設備大規模增長趨勢下,射頻前端是成長最快、最確定的方向。根據Yole給出的預測,Sub-6G頻段的5G手機和支持mmWave的5G手機出貨量,到2025年的復合年均增長率均超過60%。
射頻前端屬于巨頭獨占的市場,美日寡頭占據全球90%以上的市場,并占據了絕大部分高利潤市場。
目前全球前四大射頻前端廠商都是美系廠商:Skyworks、Qorvo、Qualcomm、Broadcomm。四大廠商均有功放和濾波器產品:其中濾波器均為IDM模式,Skyworks、Qorvo的功放是IDM模式,且四大廠商均有高集成度射頻前端模組設計能力。
張書遷指出,從全球射頻前端生態鏈企業看,我國企業在基帶芯片方面與國際水平相近,在手機終端略有優勢,在封裝測試占有一席之地。在射頻器件和模塊方面,中國廠商雖然已嶄露頭角,但在中高端產品上還是存在差距。國內大部分公司的產品集中于中低端的分立器件,而5G射頻前端中的高性能濾波器、高集成度射頻前端模組等產品,還需要國外廠商提供。
高集成度成挑戰 毫米波國內仍處空白狀態
據張書遷介紹,隨著5G時代的到來,智能手機的功能更加豐富,也給射頻前端技術帶來了更多挑戰。全面屏、指紋識別、模塊化攝像頭的增加,以及5G因功耗較大而需要配備大電池,這樣留給射頻前端的面積更小,加之5G手機需要的射頻前端器件越來越多,因此高集成度是5G射頻前端的必然選擇。
具體而言,Sub-6GHz射頻前端關鍵技術包含如下幾個方面:
高集成度:5G手機需要往下兼容2G/3G/4G,射頻前端占用面積較大,為了節省空間,中低頻段5G射頻前端主要以PAMID/L-PAMID(PA+濾波器+Switch+LNA)形式存在。
HPUE功放的功率合成技術,可以提高線性功率:中低頻段5G射頻前端的工作頻率都在2.5GHz以上,空間信號衰減較大,需要輸出的線性功率相對較大。
超寬帶寬線性化技術:5G的工作頻段帶寬一般都在100MHz以上,對PA的寬帶線性化要求較高,跟4G射頻前端設計方法有一定差別。
封裝:采用GaAs功放的倒裝方案,提高性能,降低功耗。
而在毫米波射頻前端方面,張書遷表示,由于毫米波頻段信號空間衰減嚴重,為了提高信號強度需要大規模天線陣列達到波束賦形的目的,多天線之間的相互影響會變得越來越重要 。由于采用多天線陣列,天線的小型化要求也非常高,高集成度帶來非常高的設計復雜度。手機板布線在毫米波頻段會帶來很大衰減,而且由于波長較短,布線帶來的寄生效應會變得很嚴重。為了解決這個問題,毫米波天線需要以模組形式存在。模組中包括毫米波天線陣列、射頻前端芯片、毫米波上下變頻芯片、波束賦形控制芯片等。
目前,國內手機芯片廠家只推出低頻段(Sub-6GHz)5G射頻前端及分立的天線方案,毫米波射頻前端及天線模塊由于有超高的集成度需求,不但要集成天線和射頻前端模塊,還需要集成毫米波收發器及電源控制芯片,設計異常復雜,因而還處于空白狀態。
張書遷表示,毫米波對于集成度的要求更高,毫米波射頻前端需要系統級的設計技術,需要復合型的設計團隊才能完成。毫米波相關材料要選用低損耗的介質材料,例如LTCC、新型復合毫米波材料等,以及由此帶來的成本控制尤為關鍵。
避免浮躁潛心研發 做大做強國內射頻產業
目前中國射頻前端芯片領域聚集了不少玩家。如在PA等有源器件部分:包括昂瑞微、唯捷創芯、卓勝微、慧智微、飛驤、銳石創新等共20余家。在濾波器等無源器件等領域,有無錫好達、徳清華瑩、蘇州漢天下、信維、麥捷、開元等10余家廠商。
整體而言,國內射頻前端廠家在2G/3G市場占有率很高,基本上達到95%占有率。這塊領域屬于國外廠商基本放棄的市場,利潤率低,國內廠商競爭非常激烈。
4G射頻前端方面,國內廠家30%占有率(出貨量),產品以中低端為主,銷售額占比僅有10%。國外廠商主要銷售中高端產品如集成濾波器,雙工器的PAMiD和DivFEM等高集成度產品。
在張書遷看來,中國射頻前端的現狀有如下幾個方面:
一是中低端領域同質化競爭嚴重,急需突破PAMiD和DivFEM的技術;二是國產芯片毛利率低,4G毛利率最低;三是國內濾波器尤其是高品質濾波器是短板;四是國外以IDM為主,而國內以Fabless為主,缺乏工藝和設計的聯動,以及成本優勢;五是中國5G射頻前端剛剛起步,落后國外廠商;六是ET(包絡跟蹤)還很欠缺;七是毫米波僅限于高校和研究所的前期預研;八是新型III-V族工藝落后。
對此,張書遷提出五點建議:
一是國內大型手機廠商應該加強培養國內廠家,尤其是在5G方面;二是企業要避免浮躁心態,潛心研發,不斷突破濾波器、包絡跟蹤、毫米波等關鍵技術;三是確保創新企業有足夠的利潤來支持新產品、新技術研發;四是加大集成電路專業人才培養力度,與高校和研究所合作;五是抓住5G這一波市場行情,加速迭代發展。
成立于2012年的昂瑞微,是國內領先的射頻前端芯片和射頻SoC芯片的設計廠商,目前累計芯片銷售量超過40億顆。據張書遷介紹,目前昂瑞微員工已超過200人,其中研發人員近150人,80%以上具有碩士及以上學歷,綜合研發實力在國內居于前列。憑借在射頻領域的深厚技術積累和顯著優勢,以及未來市場的廣闊前景,昂瑞微目前已獲得多家產業投資基金的戰略入資。
據集微網了解,雖然今年部分時間受到疫情影響,但昂瑞微今年的營收仍有較為樂觀的預期,加之每年年底的旺季推動,今年預期仍將保持兩位數的增長,而明年隨著頭部企業的需求拉動,出貨以及營收將實現進一步的增長。
責任編輯:tzh
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