射頻是無線產(chǎn)品中一個關鍵部件，進入了5G時代，其背后牽動的價值尤為重要。但和很多的其他半導體元器件產(chǎn)品一樣，我們國內企業(yè)的水平差距依然明顯。
射頻前端芯片包括射頻開關、射頻低噪聲放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等芯片。射頻開關用于實現(xiàn)射頻信號接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換；射頻低噪聲放大器用于實現(xiàn)接收通道的射頻信號放大；射頻功率放大器用于實現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號放大；射頻濾波器用于保留特定頻段內的信號，而將特定頻段外的信號濾除；雙工器用于將發(fā)射和接收信號的隔離，保證接收和發(fā)射在共用同一天線的情況下能正常工作。智能手機通信系統(tǒng)結構示意圖如下。
射頻前端結構示意圖
射頻前端芯片是移動智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術升級的主要驅動力，也是芯片設計研發(fā)的主要方向。射頻前端芯片與處理器芯片不同，后者依靠不斷縮小制程實現(xiàn)技術升級，而作為模擬電路中應用于高頻領域的一個重要分支，射頻電路的技術升級主要依靠新設計、新工藝和新材料的結合。
行業(yè)中普遍采用的器件材料和工藝平臺包括 RF CMOS、SOI、砷化鎵、鍺硅以及壓電材料等，逐漸出現(xiàn)的新材料工藝還有氮化鎵、微機電系統(tǒng)等，行業(yè)中的各參與者需在不同應用背景下，尋求材料、器件和工藝的最佳組合，以提高射頻前端芯片產(chǎn)品的性能。從技術更新?lián)Q代的特點上來說，射頻前端芯片設計行業(yè)技術更新速度快，行業(yè)中的各參與者均需要不斷進行研發(fā)，以保證產(chǎn)品在行業(yè)中的競爭力。這個市場需求高，但競爭也很激烈。
射頻前端芯片市場規(guī)模主要受移動終端需求的驅動。近年來，隨著移動終端功能的逐漸完善，手機、平板電腦等移動終端的出貨量持續(xù)上升。根據(jù) Gartner 統(tǒng)計，包含手機、平板電腦、超極本等在內的移動終端的出貨量從 2013 年的 22 億臺增長至 2016 年的 24 億臺，預計未來保持穩(wěn)定。
2013年以來全球移動終端出貨量（含預測）
終端消費者對移動智能終端需求大幅上升的原因，主要是移動智能終端已經(jīng)成為集豐富功能于一體的便攜設備，通過操作系統(tǒng)以及各種應用軟件滿足終端用戶網(wǎng)絡視頻通信、微博社交、新聞資訊、生活服務、線上游戲、線上視頻、線上購物等絕大多數(shù)需求。
同時，在基于移動智能終端實現(xiàn)這些需求的過程中，移動數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸速度大提升，并將持續(xù)快速增長。根據(jù) Yole Development 的研究，2016 年全球每月流量為 960 億 GB，其中智能手機流量占比為 13%；預計到 2021 年，全球每月流量將達到2,780 億 GB，其中智能手機流量占比亦大幅提高到 33%。
移動數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸速度的不斷提高主要依賴于移動通訊技術的變革，及其配套的射頻前端芯片的性能的不斷提高。在過去的十年間通信行業(yè)經(jīng)歷了從 2G（GSM/CDMA/Edge）到 3G（WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA），再到 4G（FDD-LTE/TD-LTE）兩次重大產(chǎn)業(yè)升級。在 4G 普及的過程中，全網(wǎng)通等功能在高端智能手機中得到廣泛應用，體現(xiàn)了智能手機兼容不同通信制式的能力，也成為了檢驗智能手機通信性能競爭力的核心指標之一。
移動通信技術的變革藍圖
為了提高智能手機對不同通信制式兼容的能力，4G 方案的射頻前端芯片數(shù)量相比2G 方案和 3G 方案有了明顯的增長，單個智能手機中射頻前端芯片的整體價值也不斷提高。
根據(jù) Yole Development 的統(tǒng)計，2G 制式智能手機中射頻前端芯片的價值為 0.9美元，3G 制式智能手機中大幅上升到 3.4 美元，支持區(qū)域性 4G 制式的智能手機中射頻前端芯片的價值已經(jīng)達到 6.15 美元，高端 LTE 智能手機中為 15.30 美元，是 2G 制式智能手機中射頻前端芯片的 17 倍。因此，在 4G 制式智能手機不斷滲透的背景下，射頻前端芯片行業(yè)的市場規(guī)模將持續(xù)快速增長。
隨著 5G 商業(yè)化的逐步臨近，現(xiàn)在已經(jīng)形成的初步共識認為，5G 標準下現(xiàn)有的移動通信、物聯(lián)網(wǎng)通信標準將進行統(tǒng)一，因此未來在統(tǒng)一標準下射頻前端芯片產(chǎn)品的應用領域會被進一步放大。同時，5G 下單個智能手機的射頻前端芯片價值亦將繼續(xù)上升。根據(jù) QYR Electronics Research Center 的統(tǒng)計，從 2010 年至 2016 年全球射頻前端市場規(guī)模以每年約 12%的速度增長，2016 年達 114.88 億美元，未來將以 12%以上的增長率持續(xù)高速增長，2020 年接近 190 億美元。
全球射頻前端市場規(guī)模
以射頻開關和LNA為例說明一下：
由于移動通訊技術的變革，智能手機需要接收更多頻段的射頻信號：根據(jù) Yole Development 的總結，2011 年及之前智能手機支持的頻段數(shù)不超過 10 個，而隨著 4G 通訊技術的普及，至 2016 年智能手機支持的頻段數(shù)已經(jīng)接近 40 個；因此，移動智能終端中需要不斷增加射頻開關的數(shù)量以滿足對不同頻段信號接收、發(fā)射的需求。與此同時，智能手機外殼現(xiàn)多采用手感、外觀更好的金屬外殼，一定程度上會造成對射頻信號的屏蔽，需要天線調諧開關提高天線對不同頻段信號的接收能力。
根據(jù) QYR Electronics Research Center 的統(tǒng)計，2010 年以來全球射頻開關市場經(jīng)歷了持續(xù)的快速增長，2016 年全球市場規(guī)模達到 12.57 億美元，2017 年及之后增速放緩，但預計到 2020 年期間仍保有 10%的年化增長率，預計到 2020 年達到 18.79 億美元。
全球射頻開關銷售收入
而隨著移動通訊技術的變革，移動智能終端對信號接收質量提出更高要求，需要對天線接收的信號放大以進行后續(xù)處理。一般的放大器在放大信號的同時會引入噪聲，而射頻低噪聲放大器能最大限度地抑制噪聲，因此得到廣泛的應用。
2016 年全球射頻低噪聲放大器收入為 12.80 億美元，而隨著 4G 逐漸普及，智能手機中天線和射頻通路的數(shù)量增多，對射頻低噪聲放大器的數(shù)量需求迅速增加，因此預計在未來幾年將持續(xù)增長，到 2020 年達到 14.75 億美元。
但是我們看到，現(xiàn)階段，全球射頻前端芯片市場主要被歐美傳統(tǒng)大廠占據(jù)。這是由行業(yè)特性所決定的。
集成電路設計屬于技術密集型行業(yè)，尤其對于射頻前端設計，由于需要適配多通信制式、多頻段，未來還需要滿足 5G 的技術要求，因此技術復雜度較高；另外，由于通訊技術更新?lián)Q代迅速、消費類電子產(chǎn)品升級頻率高，對于射頻前端設計也提出了不斷創(chuàng)新的要求。行業(yè)內的企業(yè)只有積累了深厚的研發(fā)經(jīng)驗、具有較強的持續(xù)創(chuàng)新能力并且制定了完善的技術發(fā)展路徑，才能不斷滿足市場需求。同時，新進入者的產(chǎn)品在技術、功能、性能及工藝平臺建設上需要與行業(yè)中現(xiàn)有產(chǎn)品相匹配，也提高了行業(yè)的技術壁壘。行業(yè)內的新進入者往往需要經(jīng)歷較長一段時間的技術摸索和積累時期，才能和業(yè)內已經(jīng)占據(jù)技術優(yōu)勢的企業(yè)相抗衡，因此技術壁壘明顯。
國內外領先的射頻供應商
國內移動智能終端廠商也多向其采購射頻前端芯片產(chǎn)品。根據(jù) 2015 年 5 月國務院發(fā)布的《中國制造 2025》，“到 2020 年，40%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現(xiàn)自主保障”，“到 2025 年，70%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現(xiàn)自主保障”，提出中國的芯片自給率要不斷提升。在這一過程中，射頻前端芯片行業(yè)因產(chǎn)品廣泛應用于移動智能終端，行業(yè)戰(zhàn)略地位將逐步提升，國內的射頻前端芯片設計廠商亦迎來巨大發(fā)展機會，在全球市場的占有率有望大幅提升。