5G時(shí)代來(lái)臨，能否帶動(dòng)5G射頻前端大熱?

眾所周知，新一代通信技術(shù)的到來(lái)，將對(duì)底層電子元器件、整機(jī)終端、應(yīng)用生態(tài)都帶來(lái)新的技術(shù)挑戰(zhàn)，當(dāng)然這也意味著國(guó)產(chǎn)化機(jī)會(huì)。還記得數(shù)字電視之前時(shí)代的較早電視形態(tài)嗎?在上世紀(jì)80年代，電視的調(diào)臺(tái)還需要轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕來(lái)捕捉信號(hào)實(shí)現(xiàn)。可能今天的大眾會(huì)想不到，當(dāng)年調(diào)臺(tái)背后的底層技術(shù)，到了今天的5G時(shí)代，會(huì)成為元器件國(guó)產(chǎn)化替代的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域——濾波器。

不過(guò)近年以來(lái)，改變?cè)诳焖侔l(fā)生。“以前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并不太關(guān)注和了解射頻等元器件市場(chǎng)，但現(xiàn)在可以說(shuō)到了實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。”在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者專訪時(shí)，杭州左藍(lán)微電子技術(shù)有限公司創(chuàng)始人張樹(shù)民這樣表示，隨著國(guó)產(chǎn)廠商逐漸起量，國(guó)內(nèi)目前在濾波器領(lǐng)域的技術(shù)力量和產(chǎn)品品質(zhì)已經(jīng)接近國(guó)外的水平，國(guó)產(chǎn)替代的態(tài)勢(shì)正在形成。“但問(wèn)題是，我們積累的研發(fā)可能還是不夠。要做好產(chǎn)品才有可能趕上國(guó)外巨頭的水準(zhǔn)。”

據(jù)法國(guó)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole的預(yù)計(jì)，受益5G，射頻前端市場(chǎng)有望從2016年101.1億美元增長(zhǎng)到2022年的227.8億美元，6年復(fù)合增速14.5%。其中，濾波器變動(dòng)最大，規(guī)模52.08億美元增長(zhǎng)到163億美元。

射頻前端的5G機(jī)會(huì)

為什么5G時(shí)代的射頻前端開(kāi)始大熱?這要從這部分器件的效用說(shuō)起。

總體來(lái)說(shuō)，射頻的主要功能在于，將電磁波信號(hào)與二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，讓信息順利實(shí)現(xiàn)從基站到終端的轉(zhuǎn)換和呈現(xiàn)。這令射頻成為通信時(shí)代的重要環(huán)節(jié)。

而由射頻各環(huán)節(jié)器件組成的部分被稱為射頻前端。具體來(lái)說(shuō)，射頻前端又分為發(fā)射和接收兩條通路，前者涉及器件包括功率放大器(PA)、濾波器、天線開(kāi)關(guān)等;后者則主要包括低噪聲放大器(LNA)、濾波器、射頻開(kāi)關(guān)和天線開(kāi)關(guān)等。

天風(fēng)證券在研報(bào)中指出，射頻前端芯片市場(chǎng)規(guī)模主要受移動(dòng)終端需求的驅(qū)動(dòng)。而5G標(biāo)準(zhǔn)下，現(xiàn)有的移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)將統(tǒng)一，因此未來(lái)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的射頻前端芯片產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步放大;同時(shí)，單個(gè)智能手機(jī)的射頻前端芯片價(jià)值也將繼續(xù)上升。

集邦咨詢(TrendForce)分析師張琛琛則向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，5G由于新增中高頻頻段及MIMO(多輸入多輸出天線系統(tǒng))技術(shù)等，對(duì)射頻器件的數(shù)量需求大幅提升，這也是行業(yè)對(duì)射頻領(lǐng)域關(guān)注度越來(lái)越高的原因。

當(dāng)然從技術(shù)角度，挑戰(zhàn)也存在。她續(xù)稱，由于5G的新增頻段屬于中高頻頻段，對(duì)器件的性能和技術(shù)要求都會(huì)提升。“比如移動(dòng)端由于新增頻段對(duì)濾波器的需求就需要插入損耗更小和Q值更高的BAW(聲體波濾波器)濾波器支持;基站特別是宏基站的部分則需要GaN(化合物半導(dǎo)體：氮化鎵)的PA來(lái)支持。因此整體來(lái)說(shuō)，對(duì)射頻器件廠商的技術(shù)水平要求會(huì)更高。”

張琛琛認(rèn)為，射頻領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程已經(jīng)在前幾年啟動(dòng)，目前在2G、3G領(lǐng)域，PA國(guó)產(chǎn)化水平很高，4G剛啟動(dòng);開(kāi)關(guān)等產(chǎn)品技術(shù)的規(guī)格與國(guó)際差距不大;但濾波器的國(guó)產(chǎn)化則非常薄弱。

值得注意的是，恰恰是射頻前端中占比最大的部分，也是國(guó)產(chǎn)化相對(duì)薄弱的地方。據(jù)Yole預(yù)計(jì)，到2023年，手機(jī)終端射頻器件整體市場(chǎng)規(guī)模中，濾波器占比最大，將達(dá)60%;PA將占比21%，是其中兩個(gè)規(guī)模較大的市場(chǎng)。

突破口出現(xiàn)在4G，相比3G，4G時(shí)代出現(xiàn)頻率高但器件小的訴求特點(diǎn)，剛好符合濾波器產(chǎn)業(yè)在移動(dòng)終端的應(yīng)用，行業(yè)開(kāi)始走向快車(chē)道。

關(guān)鍵濾波器市場(chǎng)

濾波器環(huán)節(jié)的發(fā)展實(shí)際上受到歷史因素影響。張樹(shù)民向記者介紹道，市場(chǎng)中最早用到濾波器是在電視調(diào)臺(tái)過(guò)程中，“電視調(diào)諧是SAW(聲表面濾波器)器件第一次騰飛的地方。”但隨著電視的普及甚至數(shù)字化，這種調(diào)頻訴求不再，諸多從業(yè)人員相繼轉(zhuǎn)行。也正因需求受限，國(guó)內(nèi)高校也鮮有相關(guān)專業(yè)，僅個(gè)別院所還有配備。

“這方面我們基本空缺了10余年。”他表示，中國(guó)雖有軍工機(jī)構(gòu)一直在研究，但缺少市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)步也相對(duì)緩慢;但反觀如今強(qiáng)勢(shì)的美國(guó)和日本，歷史上美國(guó)相關(guān)企業(yè)始終有與軍工領(lǐng)域合作;日本企業(yè)則是苦苦掙扎、精耕細(xì)作而存活下來(lái)。這段時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品品質(zhì)高的企業(yè)得到更好地成長(zhǎng)，反之則快速走向消亡，韓國(guó)也出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似情形。

這也是為什么5G時(shí)代，濾波器的重要性大幅提高。從功能來(lái)說(shuō)，濾波器主要是為移除部分信號(hào)、同時(shí)保留需要的頻率分量而存在，目的在于消除頻帶間相互干擾。而相比前一通信時(shí)代，5G更豐富的頻段無(wú)疑對(duì)此將有更多需求。尤其在多載波聚合技術(shù)的應(yīng)用之下，會(huì)造成諸多頻段同時(shí)工作并排列組合，這意味著濾波器的設(shè)計(jì)也將面對(duì)更多組合的復(fù)雜情形。

技術(shù)要求必然也有提升。張樹(shù)民介紹道，5G核心特點(diǎn)包括大帶寬、高功率、頻率密集以及對(duì)產(chǎn)品要求高。但對(duì)于濾波器設(shè)計(jì)而言，帶寬、品質(zhì)、耐功率性等方面實(shí)際上存在“蹺蹺板效應(yīng)”，如何捕捉平衡點(diǎn)尤為重要。

“材料、加工工藝、模型準(zhǔn)確度、多種薄膜復(fù)合帶來(lái)的影響等都要考慮在內(nèi)。”張樹(shù)民表示，在相關(guān)研發(fā)投入方面，國(guó)內(nèi)在部分環(huán)節(jié)還有所缺失，比如“國(guó)外部分企業(yè)有專門(mén)的人才研究材料，會(huì)不斷地將材料排列組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以求實(shí)現(xiàn)更好的效果。但這在中國(guó)是很難看到的。”

目前，濾波器主流技術(shù)包括SAW(聲表面濾波器)和BAW(聲體波濾波器)兩種，前者略比后者早10余年出現(xiàn)。基于兩種技術(shù)路線，也衍生出兩種完全不同的企業(yè)份額表現(xiàn)。

據(jù)天風(fēng)證券統(tǒng)計(jì)，SAW濾波器市場(chǎng)來(lái)看，日本村田公司占據(jù)了47%的份額優(yōu)勢(shì)，其次分別是日本公司TDK和太陽(yáng)誘電;BAW濾波器市場(chǎng)中，收購(gòu)Avago公司后的博通已獲取87%的絕對(duì)市場(chǎng)，份額第二位的Qorvo公司僅占比8%。

有行業(yè)人士認(rèn)為，二者會(huì)存在演進(jìn)關(guān)系。不過(guò)張樹(shù)民并不這樣認(rèn)為，他指出，目前兩類(lèi)技術(shù)仍呈齊頭并進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，以頭部公司為首的兩大陣營(yíng)都希望提升各自技術(shù)路線下的產(chǎn)品品質(zhì)。

在近日舉行的2019集微半導(dǎo)體峰會(huì)上，廣州慧智微電子有限公司CEO李陽(yáng)則指出，“國(guó)產(chǎn)尤其是頭部廠商可以多做一步，比如蘋(píng)果、三星對(duì)器件是有更多的投入，其他領(lǐng)域元器件過(guò)來(lái)會(huì)先評(píng)估，同時(shí)拆解你的半導(dǎo)體芯片做分析，國(guó)內(nèi)一些頭部公司已經(jīng)在做。我覺(jué)得國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈的重要性凸顯之后，這部分可以做起來(lái)，很多時(shí)候我們的客戶都是不測(cè)評(píng)估板，只把這個(gè)產(chǎn)品直接放到板子上;此外是比價(jià)。其實(shí)更健康的做法，可以分析一下成本，這樣可以優(yōu)化資源投入，同時(shí)最終來(lái)真正扶持自己的合作伙伴。”

這是源于二者適用的頻率場(chǎng)景并不甚相同。在2GHz以下頻段，SAW的價(jià)格更具優(yōu)勢(shì)，BAW的優(yōu)勢(shì)則在高頻段領(lǐng)域。也正由于二者工藝、所用材料等大不相同，具備量產(chǎn)能力的代工廠也有一定差別。相對(duì)來(lái)說(shuō)，SAW的生產(chǎn)工藝更加成熟，采用代工模式可行。“BAW技術(shù)國(guó)外、國(guó)內(nèi)都有代工廠，但現(xiàn)在是爬坡階段，仍需要提升能力。我預(yù)計(jì)未來(lái)1-2年內(nèi)，國(guó)產(chǎn)代工廠的技術(shù)可以基本準(zhǔn)備完備。”

對(duì)于其中的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，張琛琛則向記者分析道，濾波器算中國(guó)射頻廠商最為薄弱的領(lǐng)域之一。4G時(shí)代占主流的SAW濾波器，中國(guó)廠商才剛剛開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，BAW的部分幾乎空白，僅1-2家企業(yè)具備量產(chǎn)能力，但要成熟量產(chǎn)被客戶大批量采用需要比較長(zhǎng)的積累。

“從濾波器跟國(guó)際廠商的技術(shù)水平對(duì)比來(lái)看，SAW已經(jīng)比較弱了，BAW的部分差距可能還更大一點(diǎn)，畢竟BAW對(duì)工藝和設(shè)計(jì)的要求更高，且BAW幾乎掌控在Avago、Qorvo等廠商手里，建立的技術(shù)壁壘和專利壁壘都比較高，短期突破挑戰(zhàn)很大。”她這樣表示。

探路國(guó)產(chǎn)化生態(tài)構(gòu)建

從海外射頻前端芯片領(lǐng)域的巨頭發(fā)展來(lái)看，已經(jīng)逐步形成集成化趨勢(shì)。反觀國(guó)內(nèi)，還處在大量深耕細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)的公司在探尋技術(shù)迭代的機(jī)會(huì)階段。

這也側(cè)面顯示出國(guó)內(nèi)相關(guān)生態(tài)構(gòu)建尚不完備。對(duì)此，張樹(shù)民指出，濾波器相關(guān)技術(shù)雖然難度較大，但國(guó)外已有量產(chǎn)，且技術(shù)路線都已知，這意味著國(guó)產(chǎn)化一定可以實(shí)現(xiàn)。問(wèn)題在于，要基于已知的解決路徑挖掘創(chuàng)新專利，這樣將來(lái)面對(duì)或有的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)，將成為一種利器。

開(kāi)元通技術(shù)(廈門(mén))有限公司董事長(zhǎng)賈斌有類(lèi)似觀點(diǎn)，在峰會(huì)期間他表示，“我們希望本土頭部的系統(tǒng)廠商真正多投一些資源，幫我們把器件的質(zhì)量測(cè)試好，幫助告訴我們?cè)鯓犹岣?。因?yàn)閲?guó)內(nèi)的系統(tǒng)廠商用海外的射頻器件已經(jīng)用了近二十年，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，我們也希望把邊界打開(kāi)，接受他們的指導(dǎo)，讓元器件在設(shè)計(jì)、加工的時(shí)候把質(zhì)量逐步做到客戶可以接受的程度。”

當(dāng)然在泛在物聯(lián)的5G時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)無(wú)疑將對(duì)通信底層產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)更大發(fā)展空間，這是另一重國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇。張琛琛向記者表示，物聯(lián)網(wǎng)前端對(duì)射頻器件的要求會(huì)比手機(jī)等產(chǎn)品低一些，應(yīng)用也相對(duì)分散，因此國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇更可期，但也受到應(yīng)用是否能快速落地的潛在市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)制約。

張樹(shù)民提供給記者的調(diào)研機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，到2023年，全球物聯(lián)網(wǎng)蜂窩通信模組出貨量將增加到12.5億件，2G物聯(lián)網(wǎng)模塊被5G和非標(biāo)替代。應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能電子通訊模組會(huì)有較大出貨，未來(lái)超過(guò)50%的應(yīng)用將落地在消費(fèi)類(lèi)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和公共基礎(chǔ)設(shè)施等。

據(jù)他介紹，左藍(lán)微電子的期望是，當(dāng)核心技術(shù)構(gòu)建起來(lái)后，通過(guò)與產(chǎn)業(yè)鏈廠商合作的模式，共同推進(jìn)模組生產(chǎn)，并針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域提供解決方案。“面對(duì)新的通信技術(shù)變化，就有機(jī)會(huì)探索，如果新技術(shù)掌握得好，或許就有機(jī)會(huì)能超過(guò)原來(lái)的玩家。前提是要有相應(yīng)的技術(shù)積累。”

由于5G頻段尤其是中高頻頻段的大幅增加、天線傳輸“通道變寬”等技術(shù)要求的變化，基于通信信號(hào)轉(zhuǎn)換功能的射頻器件市場(chǎng)被視作一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。無(wú)論從價(jià)值量還是需求數(shù)量來(lái)說(shuō)，5G時(shí)代的射頻前端芯片市場(chǎng)都將逐步呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。