隨著5G的到來(lái)，射頻器件的需求將大幅增加。分析機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2023年射頻前端市場(chǎng)規(guī)模有望突破352億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14%。快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)讓行業(yè)看到了機(jī)會(huì)，新的射頻公司在不斷地涌現(xiàn)出來(lái)，尤其是在國(guó)內(nèi)，打造自主射頻供應(yīng)鏈就成為很多廠商的追求，但縱觀現(xiàn)狀，似乎差距還是很明顯。
手機(jī)和通訊市場(chǎng)仍是主流，NB-IoT市場(chǎng)將爆發(fā)
射頻器件是無(wú)線連接的核心，是實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送和接收的基礎(chǔ)零件，有著廣泛的應(yīng)用。目前，射頻器件的幾大主要市場(chǎng)大概分布是：1）手機(jī)和通訊模塊市場(chǎng)，預(yù)估占80%；2 ) WIFI路由器市場(chǎng)，預(yù)估占9%；3）通訊基站市場(chǎng)，預(yù)估占9%；4）NB-IoT市場(chǎng)，預(yù)估占2%。
隨著5G的到來(lái)，萬(wàn)物互聯(lián)有了更強(qiáng)的技術(shù)支撐，NB-IoT市場(chǎng)將會(huì)爆發(fā)，但時(shí)間點(diǎn)還不確定。目前NB-IoT市場(chǎng)是熱，但沒(méi)有開始走量。5G通訊手機(jī)和模塊市場(chǎng)將促發(fā)射頻器件需求大幅增長(zhǎng)。5G通訊基站市場(chǎng)相對(duì)4G時(shí)代，射頻器件的需求也是成倍增加。WiFi路由器市場(chǎng)，在5G時(shí)代，射頻器件的需求存在一定的不確定性。所以，在筆者看來(lái)，未來(lái)射頻器件最重要的市場(chǎng)需求來(lái)自：1）手機(jī)和通訊模塊市場(chǎng)，2）NB-IoT市場(chǎng)。
根據(jù)德勤1月初發(fā)布的報(bào)告預(yù)計(jì)，2019年全年5G手機(jī)銷量超過(guò)100萬(wàn)部。我們看到的是，5G手機(jī)從未來(lái)時(shí)走進(jìn)了現(xiàn)在時(shí)，成為各大品牌旗艦手機(jī)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。換機(jī)需求的高漲以及5G手機(jī)本身需要更多的射頻器件，短時(shí)間內(nèi)手機(jī)和通訊產(chǎn)品作為第一射頻應(yīng)用市場(chǎng)的地位是難以撼動(dòng)的。
來(lái)到NB-IoT方面，2017年6月，我國(guó)工信部對(duì)部署NB-IoT做出明確指示，電信運(yùn)營(yíng)商可以使用已分配的GSM或IMT系統(tǒng)頻段部署NB-IoT系統(tǒng)。這樣的指示讓NB-IoT成為電信運(yùn)營(yíng)商的首選，尤其是國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商。雖然，運(yùn)營(yíng)商層面是通過(guò)頻段重更和軟件升級(jí)就可以完成升級(jí)。不過(guò)，當(dāng)運(yùn)營(yíng)商組網(wǎng)完成后，NB-IoT模組、應(yīng)用都將帶來(lái)可觀的射頻器件需求。
值得注意的是，雖然手機(jī)和NB-IoT的射頻需求是清晰且強(qiáng)勁的，但是想要獲得紅利也面臨著諸多的挑戰(zhàn)。比如，5G手機(jī)內(nèi)部的天線個(gè)數(shù)還要增加，但留給天線的空間卻越來(lái)越小，且5G手機(jī)還需要更高功率的PA、額外的ET、更高功率的濾波器，這些都需要技術(shù)創(chuàng)新；對(duì)于NB-IoT來(lái)說(shuō), NB-IoT的接收靈敏度在-130dBm左右，需要信號(hào)傳輸具備更高的靈敏度和更遠(yuǎn)的傳輸距離，在考慮到物聯(lián)網(wǎng)器件本身的低功耗特性，射頻器件需要功率和功耗雙方面取得突破。
濾波器和PA是重頭戲，幾大外商壟斷
射頻器件包括射頻開關(guān)和LNA，射頻PA，濾波器，天線Tuner和毫米波FEM等，其中濾波器占了射頻器件營(yíng)業(yè)額的約50%，射頻PA占約30%，射頻開關(guān)和LNA占約10%，其他占約10%。上述數(shù)據(jù)表明，濾波器和PA是射頻器件的重頭戲，其中PA負(fù)責(zé)發(fā)射通道的信號(hào)放大，濾波器負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)接收信號(hào)的濾波。對(duì)于通信設(shè)備而言，沒(méi)有PA，信號(hào)覆蓋就會(huì)成為很大的問(wèn)題；沒(méi)有濾波器的設(shè)備更是相當(dāng)于一塊磚頭，通信設(shè)備上通常安裝30-40個(gè)濾波器就是為了避免干擾，讓設(shè)備實(shí)現(xiàn)正常通信。而這些產(chǎn)品都集中在日本廠商手中。
無(wú)線通信系統(tǒng)框架示意圖
根據(jù)申萬(wàn)宏源的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在全球93%的PA供應(yīng)集中在 Skyworks、Qorvo 和 Avago（Broadcomm）等幾家廠商手中。濾波器也被Murata、TDK、TAIYO YUDEN、Avago和Qorvo等廠商瓜分，其中Murata、TDK和TAIYO YUDEN瓜分了80%的SAW濾波器供應(yīng)，而Qorvo和Broadcomm則統(tǒng)領(lǐng)了95%的BAW市場(chǎng)。
國(guó)內(nèi)在這兩個(gè)領(lǐng)域雖然也有廠商涉足，但因?yàn)檫@些器件的特性，讓一切沒(méi)那么簡(jiǎn)單。以PA為例，射頻PA的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率，如何提高輸出功率和效率是射頻功率放大器設(shè)計(jì)目標(biāo)的核心。作為一個(gè)射頻芯片，PA不但對(duì)工藝有需求，同時(shí)其設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)能力、經(jīng)驗(yàn)積累和專利支撐都非常重要，尤其是工程師的經(jīng)驗(yàn)和和Know-How，更是重中之重。再者，隨著5G的到來(lái)，PA需要滿足的性能參數(shù)眾多，因此不可避免需要研發(fā)時(shí)間的積累，對(duì)于后來(lái)入局者具有一定障礙。
尤其是工藝方面，更是很多PA廠商，甚至是射頻廠商難以逾越的門檻。我們縱觀上面的射頻器件供應(yīng)商，幾乎所有都是IDM廠商。擁有自己的晶圓廠是他們能夠領(lǐng)先市場(chǎng)的關(guān)鍵。目前，射頻器件（不含濾波器）涉及的主要工藝：GaAs, SOI, CMOS, SiGe。其中，GaAs的電子遷移速率比Si高5.7倍，非常適合用于長(zhǎng)距離、長(zhǎng)通信時(shí)間的高頻電路；SOI工藝的優(yōu)勢(shì)在于可集成邏輯與控制功能，不需要額外的控制芯片；CMOS的優(yōu)勢(shì)在于可以將射頻、基頻與存儲(chǔ)器等組件合而為一的高整合度，并同時(shí)降低組件成本；SiGe工藝幾乎能夠與硅半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路(VLSI)行業(yè)中的所有新工藝技術(shù)兼容，是未來(lái)的趨勢(shì)。
據(jù)了解，射頻PA采用的工藝分別是GaAs，SOI，CMOS和SiGe。其中4G PA主要采用GaAs工藝；3G PA 采用GaAs或者CMOS，出貨大約各50%；2G PA主要是CMOS；5G手機(jī)PA采用GaAs工藝；NB-IoT PA采用CMOS和SOI是趨勢(shì)，現(xiàn)在還是GaAs為主，個(gè)別廠商采用SiGe。
在射頻器件其他領(lǐng)域，射頻開關(guān)采用的工藝：SOI，GaAs。70%以上采用SOI工藝；LTE LNA采用的工藝：SOI，CMOS。
未來(lái)濾波器方面，因?yàn)樗麄冊(cè)O(shè)計(jì)主要有三個(gè)難題：首先是應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，濾波器如何避免溫漂問(wèn)題；其次是頻段復(fù)雜后，濾波器需要在有限面積內(nèi)應(yīng)對(duì)更多的信號(hào)干擾；最后是共存濾波器如何讓不同類型信號(hào)和諧共存。特別是來(lái)到高頻款的SAW濾波器方面，那挑戰(zhàn)更是嚴(yán)峻。這同樣也是一個(gè)IDM主導(dǎo)的市場(chǎng)，對(duì)于國(guó)內(nèi)的追隨者來(lái)說(shuō)，任務(wù)更為艱巨。
急起直追，國(guó)內(nèi)射頻廠商供應(yīng)鏈解讀
4G 到5G 的演進(jìn)過(guò)程中，射頻器件的復(fù)雜度逐漸提升，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、工藝和材料等方面都將發(fā)生遞進(jìn)式的變化。但國(guó)產(chǎn)射頻器件替代空間大，但困難也大。我們系統(tǒng)地看一下國(guó)產(chǎn)廠商在射頻器件領(lǐng)域的分布和表現(xiàn)。
國(guó)內(nèi)射頻公司晶圓代工主要廠家：
GaAs工藝：臺(tái)灣穩(wěn)懋，臺(tái)灣宏捷科，廈門三安集成
SOI工藝：格羅方德，TowerJazz，中芯國(guó)際，華虹宏力
CMOS工藝：臺(tái)積電，中芯國(guó)際，聯(lián)電
SiGe工藝：格羅方德，TowerJazz
國(guó)內(nèi)射頻公司主要封測(cè)廠家：
射頻PA封測(cè)廠：華天科技，長(zhǎng)電科技
射頻開關(guān)封測(cè)廠：嘉盛，日月新，通富微電
目前市場(chǎng)上量產(chǎn)出貨的濾波器廠家都是IDM公司，自己設(shè)計(jì)，自己生產(chǎn)封測(cè)。
濾波器分SAW濾波器和BAW濾波器：
SAW濾波器國(guó)內(nèi)廠商：55所，26所，好達(dá)
BAW濾波器國(guó)內(nèi)廠商：天津諾思
廈門開元通信則是國(guó)內(nèi)第一家Fabless濾波器設(shè)計(jì)公司，中芯國(guó)際代工，目前處在研發(fā)階段。
國(guó)內(nèi)4G PA主要廠家：
唯捷創(chuàng)芯：4G PA出貨量是國(guó)內(nèi)最大的，出貨覆蓋前幾大手機(jī)設(shè)計(jì)公司以及小米。
絡(luò)達(dá)：被MTK收購(gòu)，基于MTK平臺(tái)進(jìn)行銷售，出貨量還不錯(cuò)，4G PA認(rèn)可度越來(lái)越高。
展銳射頻產(chǎn)品線：基于展訊平臺(tái)銷售，出貨量一般。
慧智微：依靠SOI架構(gòu)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)低成本。由于品牌影響力弱，出貨量一般，但長(zhǎng)期看好。
漢天下：采用低價(jià)策略，部分小客戶采用，出貨很少。
飛驤科技：產(chǎn)品認(rèn)可度不高，但客戶基礎(chǔ)還不錯(cuò)，所以市場(chǎng)上有一些出貨。
國(guó)內(nèi)3G PA主要廠家：
絡(luò)達(dá)：客戶基礎(chǔ)好，盡管價(jià)格偏高，還有一部分出貨。
漢天下：通過(guò)CMOS工藝把PA成本做低，性能也不錯(cuò)，市場(chǎng)上的3G PA主要供應(yīng)商。
飛驤科技：出貨量一般，主要出貨是印度的Reliance項(xiàng)目。
展銳射頻產(chǎn)品線：出貨不多，主要出貨也是印度的Reliance項(xiàng)目。
國(guó)內(nèi)2G PA主要廠家：
漢天下：依靠CMOS技術(shù)，2G PA占了市場(chǎng)大約70%份額。
展銳射頻產(chǎn)品線：CMOS PA和GaAs PA一共占市場(chǎng)份額大約10%。
飛驤科技：新的CMOS PA在2018年做進(jìn)了一些客戶，已經(jīng)量產(chǎn)出貨。
國(guó)內(nèi)WIFI PA/FEM主要廠家：
立積電子：臺(tái)灣上市公司，2018年出貨量大約5000萬(wàn)美金，逐步蠶食SKY的市場(chǎng)。
康希電子：2014年成立，2018年開始推產(chǎn)品，有部分客戶開始導(dǎo)入，出貨量很少。
展銳射頻產(chǎn)品線：2018年開始量產(chǎn)出貨，幾家大的網(wǎng)通客戶都已經(jīng)導(dǎo)入，并做進(jìn)華為。
三伍微：2018年成立，專注于WIFI PA/FEM，產(chǎn)品處在研發(fā)階段。
國(guó)內(nèi)開關(guān)主要廠家：
卓勝微：國(guó)內(nèi)最大開關(guān)供應(yīng)商，主要客戶是三星和小米，銷售額大約1億美金。
展銳射頻產(chǎn)品線：也是三星供應(yīng)商，只占很少份額。開關(guān)出貨總量一般。
立積電子：2018年開關(guān)出貨量大約3000萬(wàn)美金，有很好的利潤(rùn)率。
國(guó)內(nèi)射頻芯片產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟，從設(shè)計(jì)到晶圓代工，再到封測(cè)，已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)講，國(guó)內(nèi)的射頻設(shè)計(jì)水平還處在中低端。以上PA和開關(guān)廠商，射頻芯片產(chǎn)品銷售額加起來(lái)大約5億美金，大陸射頻芯片廠商銷售額大約3億美金。全球PA和開關(guān)射頻產(chǎn)品需求金額大約60億美金。可見，國(guó)內(nèi)廠商依然在起步階段，市場(chǎng)話語(yǔ)權(quán)有限；濾波器方面，國(guó)內(nèi)廠商銷售總額不到1億美金，全球市場(chǎng)需求在90億美金。
換句話說(shuō)，以后通過(guò)提升設(shè)計(jì)能力，輔助調(diào)試工作來(lái)提升射頻性能，國(guó)內(nèi)射頻產(chǎn)業(yè)還有很大的成長(zhǎng)空間。
結(jié)語(yǔ)
5G到來(lái)是機(jī)會(huì)，也可能會(huì)拉大國(guó)內(nèi)射頻公司與國(guó)際射頻公司的差距。SKY與Qovor布局了濾波器，有自己的工廠，在射頻前端模組產(chǎn)品研發(fā)上走到了前面。國(guó)內(nèi)射頻公司都還弱小，研發(fā)能力和資金都很有限，射頻前端模組提高了研發(fā)門檻。
射頻器件的追趕與替代，要求國(guó)內(nèi)廠商的研發(fā)人員有“坐冷板凳”的決心和毅力，也需要政府和投資機(jī)構(gòu)給予企業(yè)更多的耐心。區(qū)別于處理器等芯片，射頻器件的突破點(diǎn)在新設(shè)計(jì)、新工藝和新材料，只有三者齊頭并進(jìn)才能完成追趕甚至是超越。
最后，希望國(guó)產(chǎn)射頻器件廠商借助5G和物聯(lián)網(wǎng)的大趨勢(shì)，不斷地提升自己，共同鑄就國(guó)產(chǎn)射頻器件產(chǎn)業(yè)的崛起。