5G的到來(lái)國(guó)內(nèi)手機(jī)射頻芯片能迎來(lái)黃金時(shí)期嗎

在國(guó)內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)一片“缺芯少魂”的尷尬處境中，其中一些“重災(zāi)區(qū)”的受制情況遠(yuǎn)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(guó)內(nèi)畢竟還有海思、紫光展銳等企業(yè)占據(jù)一塊天地；但射頻前端市場(chǎng)有超過9成份額都被外商把持，領(lǐng)域內(nèi)的國(guó)內(nèi)企業(yè)都是“小舢板”。

射頻芯片直接影響著手機(jī)的信號(hào)收發(fā)。如果沒有它，手機(jī)根本無(wú)法連接到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。在智能手機(jī)中，它是射頻收發(fā)器和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(guān)、雙工器和低噪聲放大器等。

在5G相關(guān)芯片方面，即使強(qiáng)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(jià)格收購(gòu)英特爾大部分的智能手機(jī)調(diào)制解調(diào)器（modem）業(yè)務(wù)。

此次收購(gòu)意味著蘋果要為其手機(jī)生產(chǎn)自己的5G調(diào)制解調(diào)器，而不是完全依賴高通的硬件。

反觀國(guó)內(nèi)的射頻芯片，其受制于人的狀態(tài)亟待改變。特別是在5G時(shí)代，射頻前端的重要性將更加凸顯。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，全球手機(jī)射頻前端市場(chǎng)規(guī)模在 2023 年將達(dá) 350 億美元，未來(lái)射頻模塊所隱含的商機(jī)不亞于手機(jī)主芯片。

在這次中美科技戰(zhàn)中，射頻芯片的“空白”成為慘烈戰(zhàn)場(chǎng)，相比于產(chǎn)品線齊全的美國(guó)兩大射頻芯片供應(yīng)商 Skyworks 和 Qorvo，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商只能采取單點(diǎn)突破方式切入該市場(chǎng)，各家找一個(gè)切入點(diǎn)參與戰(zhàn)局。

這或許是起步階段的策略，但長(zhǎng)期來(lái)看，補(bǔ)上該短板仍是長(zhǎng)路漫漫。

制約國(guó)產(chǎn)射頻芯片的命門

據(jù)估計(jì)， 4G 全網(wǎng)通手機(jī)的射頻前端模塊成本約 10 美元，內(nèi)含 10 顆以上射頻芯片，包括 2 ～ 3 顆 PA 、2～4 顆開關(guān)芯片、6～10 顆濾波器，未來(lái)到了 5G時(shí)代， 射頻前端模塊成本將較 4G 時(shí)代成長(zhǎng) 3-5 倍，有機(jī)會(huì)超過手機(jī)主芯片，其中蘊(yùn)含的商機(jī)不言而喻。

然而，在這樣一個(gè)重要領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)的水平差距十分明顯。從目前來(lái)看，全球射頻前端市場(chǎng)集中度很高，前四大廠商Skyworks、Qorvo、Avago、Murata占據(jù)著全球85%的市場(chǎng)，且均是日美發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)。

圖 | 射頻前端芯片示意圖

在射頻前端模塊中， 功率放大器 PA 芯片所受的壓力首當(dāng)其沖。PA 芯片的功能是負(fù)責(zé)將發(fā)送的信號(hào)放大，是最耗電的元件，隨著手機(jī)頻段持續(xù)增加，PA 的數(shù)量也隨之增加，如4G 多模多頻手機(jī)所需 PA 芯片介于 5 ～ 7 顆，5G 手機(jī)內(nèi)的 PA 需求量將超過 15 顆。

可以說(shuō)，PA芯片決定著手機(jī)等無(wú)線終端的通訊距離、信號(hào)質(zhì)量等，是整個(gè)通訊系統(tǒng)芯片組中除基帶主芯片之外最重要的組成部分。

根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)， 2017 年P(guān)A芯片市場(chǎng)規(guī)模約為 50 億美元，預(yù)計(jì) 2023 年將達(dá)到 70 億美元。在射頻前端模塊諸元件中，PA芯片的產(chǎn)值處于第二位。

目前全球 PA 市場(chǎng)絕大部分比重被 Skyworks （43%）、Qorvo （25%）、博通（25%）、Murata （3%） 占據(jù)，其中Skyworks、Qorvo、博通是 IDM 廠，還有一個(gè)趨勢(shì)是無(wú)晶圓的 PA 設(shè)計(jì)公司投入后，帶動(dòng) PA 晶圓代工模式興起。

在工藝技術(shù)方面，PA 射頻芯片的制造難度越來(lái)越高，這也是為什么該市場(chǎng)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(lái) 5G 手機(jī)的 PA 預(yù)計(jì)是延續(xù)砷化鎵工藝技術(shù)。

圖 | Qorvo 的應(yīng)用工程師在介紹用于部署 5G 基礎(chǔ)設(shè)施的 Qorvo GaN 功率放大器。

國(guó)產(chǎn)廠商在高端 PA上的缺失，讓我們?cè)诩磳⒌絹?lái)的 5G 競(jìng)爭(zhēng)中束手束腳。但射頻前端模塊的另一個(gè)重要部件，所面臨的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境更加嚴(yán)峻，這就是濾波器。

它是射頻前端模塊中市場(chǎng)規(guī)模最大的，2017 年產(chǎn)值約 80 億美元， 2023 年將達(dá)到 225 億美元。從銷售數(shù)據(jù)上看，美日供應(yīng)商幾乎壟斷了濾波器市場(chǎng)。

對(duì)國(guó)內(nèi)廠商來(lái)說(shuō)，最壞的情況就是對(duì)著上百億美元的市場(chǎng)干著急，看著別人數(shù)錢。

濾波器功能在于雜訊過濾、抑制信號(hào)干擾，保障信號(hào)在不同頻率下不會(huì)互相干擾，目前手機(jī)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(chǎng)方面，前五大的廠商分別為村田（47%）、TDK（21%）、太陽(yáng)誘電（14%）、Skyworks （9%）、Qorvo （4%），由此可知，前5大合計(jì)比重高達(dá) 95%，形成寡占市場(chǎng)。

在 BAW 濾波器方面，其實(shí)寡占更嚴(yán)重，排名前三名分別為博通 （87%）、Qorvo （8%）、太陽(yáng)誘電 （3%），合計(jì)高達(dá) 98%。

目前，一臺(tái)國(guó)際通用 4G 手機(jī)，可能需要過濾最多 15 個(gè)頻帶上的 2G、 3G 和 4G 收發(fā)通路，此外還有 Wi-Fi、藍(lán)牙和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，這樣一來(lái)，一部手機(jī)可能需要最多 30 至 40 個(gè)濾波器。

未來(lái)，每臺(tái)5G手機(jī)很可能需要放入更多的濾波器，因此事情可能變得越發(fā)復(fù)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(shù)上有相當(dāng)程度的差異。若國(guó)內(nèi)供貨商無(wú)法成功跨進(jìn) BAW 市場(chǎng)，恐將在 SAW 市場(chǎng)上面臨更沉重的價(jià)格戰(zhàn)壓力。

總之，整體來(lái)看，射頻前端技術(shù)被外商把持很深，超過 9 成市場(chǎng)都是外商供應(yīng)，當(dāng)下中國(guó)，很少有一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域會(huì)如此孱弱。

與此同時(shí)，射頻芯片的技術(shù)升級(jí)之路會(huì)更加坎坷。這是因?yàn)槭謾C(jī)需要支持更多頻段，這讓射頻前端設(shè)計(jì)的復(fù)雜度直線提升，往往在方寸之間就要容納上百個(gè)元器件。

另一個(gè)同時(shí)發(fā)生的趨勢(shì)，也讓射頻前端設(shè)計(jì)的難度雪上加霜。國(guó)際知名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS就指出，伴隨著手機(jī)設(shè)計(jì)的輕薄化發(fā)展，機(jī)身內(nèi)可被利用的空間實(shí)際上是減小的，尤其是主板的空間。

因此，盡管射頻前端的復(fù)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(lái)越少。

這種尷尬，國(guó)內(nèi)射頻前端企業(yè)體會(huì)甚深，留給他們的時(shí)間和空間，也在越來(lái)越少。

5G商機(jī)下，國(guó)內(nèi)廠商的戰(zhàn)略

面對(duì) 5G 商機(jī)到來(lái)，國(guó)內(nèi)手機(jī)射頻芯片能迎來(lái)黃金時(shí)期嗎？國(guó)內(nèi)業(yè)者的戰(zhàn)略和看法如何？

日前 2019 集微半導(dǎo)體峰會(huì)上的“ 5G 國(guó)產(chǎn)射頻芯片的挑戰(zhàn)和機(jī)遇”中，許多國(guó)內(nèi)射頻芯片新秀提出看法。

廣州慧智微電子是做可重構(gòu)的射頻芯片，可重構(gòu)是指其器件可以通過軟件更改，不同應(yīng)用場(chǎng)景可以共享這個(gè)硬件，慧智微從 4G 開始做多模多頻芯片，現(xiàn)在是 5G 的芯片和蜂窩互聯(lián)網(wǎng)的芯片。

慧智微 CEO 李陽(yáng)指出，國(guó)際行業(yè)巨頭都是千人規(guī)模的公司，產(chǎn)品線確實(shí)非常全，到了 5G 智能手機(jī)后，射頻技術(shù)會(huì)非常復(fù)雜，濾波器變成重要的角色，5G 高通的方案約 11 顆，聯(lián)發(fā)科的方案約 10 顆，其中發(fā)射有 5 顆、接收有 5 顆，慧智微也做發(fā)射部分，但問題是濾波器怎么解決？

李陽(yáng)進(jìn)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(dāng)前慧智微所采用的濾波器技術(shù)是 LTCC 和 IPD，其中 LTCC有合作伙伴，而 IPD 可以自己設(shè)計(jì)，但沒有用國(guó)際主流的 SAW 和 BAW 濾波器。不過，仍是有一些變化可能性，因?yàn)槿蘸笫遣皇沁€需要 BAW 濾波器，現(xiàn)在來(lái)看需求并不清晰。還有，傳統(tǒng)的 4G 為什么新頻段沒有問題？因?yàn)樗?TDD ， TDD 收的時(shí)候不發(fā)，發(fā)的時(shí)候不收，所以設(shè)計(jì)沒這么嚴(yán)格。上述提到 5G 需要這么多顆的射頻芯片，在技術(shù)上一定要做高度集成。

李陽(yáng)表示，濾波器在跟一些廠商合作，有海外、日系、韓系，也有國(guó)內(nèi)廠商。現(xiàn)在的趨勢(shì)是隨著 5G 的變化，原來(lái)一個(gè)手機(jī)廠商自己分開采購(gòu) PA、濾波器等，但現(xiàn)在做集成，單獨(dú)賣濾波器是沒有人買的，比如兩大巨頭 Skyworks 和 Qorvo 的自產(chǎn)濾波器，他們也要找合作伙伴，無(wú)法再單一買賣了，因此，現(xiàn)在要跟他們建立合作關(guān)系，其實(shí)比以前容易得多，這就是一個(gè)很大的轉(zhuǎn)變。

北京中科漢天下專注的射頻芯片包括兩個(gè)板塊，一個(gè)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(gè)月差不多有 3000 萬(wàn)～ 4000 萬(wàn)的出貨，同時(shí)，在砷化鎵技術(shù)上也重兵投入。

另外一個(gè)板塊是射頻的 SoC，里面包括兩個(gè)小的方向，一個(gè)是低功耗藍(lán)牙，一個(gè)是自定義協(xié)議的非標(biāo)的 2.4 G 收發(fā)的小型 SoC 。

北京中科漢天下總經(jīng)理錢永學(xué)認(rèn)為，短期內(nèi)國(guó)內(nèi)要全面達(dá)到美國(guó)的水平是不可能的，Skyworks 和 Qorvo 一年的凈利潤(rùn)都有 40 億- 50 億的規(guī)模，國(guó)內(nèi)業(yè)者的銷售額還不及他們凈利潤(rùn)的十分之一，短期之內(nèi)全面超過它幾乎是不可能。

圖 | Skyworks產(chǎn)品圖

錢永學(xué)也強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)在能做的就是實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，國(guó)內(nèi)廠商能夠提供最基礎(chǔ)產(chǎn)品，不至于讓美國(guó)徹底卡死。但要強(qiáng)調(diào)的是，在國(guó)產(chǎn)化的過程中，與國(guó)內(nèi)、國(guó)際業(yè)者都要加強(qiáng)合作，不能因?yàn)橹忻兰姞?zhēng)，就只用國(guó)內(nèi)芯片而封鎖國(guó)際芯片，那等于是自己把自己封閉了。

未來(lái)國(guó)內(nèi)業(yè)者想再進(jìn)一步發(fā)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(dòng)更大的資本來(lái)進(jìn)行并購(gòu)，錢永學(xué)一直認(rèn)為，并購(gòu)是必行之路，包括獲得很多知識(shí)產(chǎn)權(quán)等，尤其是進(jìn)行海外公司并購(gòu)。

再者，廈門開元通信技術(shù)有限公司主要從事先進(jìn)射頻濾波器，包括 BAW 濾波器、 SAW 濾波器、晶圓級(jí)封裝等，這一塊濾波器從 4G 時(shí)代起就應(yīng)用廣泛，到了 5G 時(shí)代，據(jù)說(shuō)有一些手機(jī)未來(lái)可能會(huì)用到將近 100 顆的濾波器裸芯片，可以預(yù)見濾波器市場(chǎng)未來(lái)的商機(jī)，更重要的是，國(guó)產(chǎn)化的比例現(xiàn)在非常低。

上海迦美信芯通訊技術(shù)董事長(zhǎng)倪文海則表示，智能手機(jī)有一個(gè)令人頭痛卻也被忽略的地方，就是天線，到了 5G 的智能手機(jī)，天線變成一個(gè)更頭痛的問題。他進(jìn)一步表示，迦美信芯采用的策略就是單點(diǎn)突破，嘗試在天線調(diào)諧器的技術(shù)上深入研發(fā)，天線調(diào)諧器有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是比較靠近天線，不容易被集成，因此，這塊領(lǐng)域是新創(chuàng)業(yè)比較容易生存和發(fā)揮的地方。

缺點(diǎn)是，小小的地方但技術(shù)要求又非常高，包括對(duì)工藝技術(shù)、耐壓、低阻抗等方面的要求都非常高。因此，在這塊技術(shù)領(lǐng)域上只要能夠發(fā)力，有效解決手機(jī)客戶的痛點(diǎn)，其實(shí)是跟國(guó)外替代芯片的水平差距不會(huì)太大。

再者，倪文海分析，現(xiàn)在 4G 全頻的智能手機(jī)多的話有 4-6 顆天線調(diào)諧器，因?yàn)橐郧疤O果手機(jī)下方有給天線提供孔徑的空間，但現(xiàn)在被壓縮，如果手機(jī)的性能、發(fā)射的靈敏度有要求的話，天線調(diào)諧器是必須要有的。第一波 5G 智能手機(jī)的話，可能需要 10-16 根天線調(diào)諧器，或是更多，需求量十分可觀。手機(jī)射頻前端是十分細(xì)分領(lǐng)域，適合國(guó)內(nèi)公司做，例如射頻開關(guān)其實(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，比 PA 容易很多，其難度在品質(zhì)、運(yùn)營(yíng)、規(guī)模，而且是用 CMOS 做的，所以國(guó)內(nèi)公司應(yīng)該先集中精力把容易的技術(shù)解決掉，然后再結(jié)合去做濾波器，一步步地，往技術(shù)上層去做。

此外，國(guó)內(nèi)射頻芯片公司小而散，只有聯(lián)手、整合，放棄內(nèi)部低端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，才有機(jī)會(huì)挑戰(zhàn)國(guó)際巨頭。

高通想通吃，國(guó)內(nèi)企業(yè)還有機(jī)會(huì)嗎？

國(guó)內(nèi)射頻芯片供應(yīng)商面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)，是高通、聯(lián)發(fā)科等做主平臺(tái)的大芯片公司都想要做整體解決方案，把整個(gè)射頻前端都包進(jìn)去。

對(duì)于這樣的挑戰(zhàn)，李陽(yáng)表示，跨領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)其實(shí)一直存在，高通從 RF360 之后態(tài)度很明顯，現(xiàn)在 5G 都是自己的產(chǎn)品，平臺(tái)公司有他們的策略，但聯(lián)發(fā)科看起來(lái)態(tài)度比較開放，因?yàn)樗麄円残枰夹g(shù)能力和高通相當(dāng)?shù)纳漕l芯片合作伙伴。

再者，三星、海思等平臺(tái)對(duì)其他獨(dú)立的射頻供應(yīng)商而言，仍是有不錯(cuò)的機(jī)會(huì)，至少現(xiàn)階段市場(chǎng)不會(huì)形成全然由主平臺(tái)完全整合射頻芯片的情形，獨(dú)立的芯片公司如果能把產(chǎn)品做到比高通等外商更有競(jìng)爭(zhēng)力，為客戶創(chuàng)造更多的價(jià)值，仍有很大發(fā)展空間。

錢永學(xué)則表示，看起來(lái)提供整體解決方案上決心最強(qiáng)就是高通，聯(lián)發(fā)科沒有那么強(qiáng)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(huì)有一些外購(gòu)需求出來(lái)。錢永學(xué)強(qiáng)調(diào)，國(guó)內(nèi)業(yè)者目前在射頻芯片的主戰(zhàn)場(chǎng)上，營(yíng)收還不到外商凈利潤(rùn)的十分之一，未來(lái)努力的空間還很大，機(jī)會(huì)還很多。

圖｜2019 集微半導(dǎo)體峰會(huì)上的“ 5G 國(guó)產(chǎn)射頻芯片的挑戰(zhàn)和機(jī)遇”?

廈門開元通信技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)賈斌則表示，濾波器在每家平臺(tái)可能有一些特殊指標(biāo)差別，但 80% 以上需求都差不多；到了 5G 時(shí)代，問題來(lái)了，因?yàn)?5G 有很多天線、載波聚合，有些濾波器的特性確實(shí)需要導(dǎo)入更多新的設(shè)計(jì)。

這一波 5G 商機(jī)，對(duì)于國(guó)產(chǎn)替代是個(gè)巨大機(jī)會(huì)，因?yàn)橛锌萍紤?zhàn)“卡脖子”的事件發(fā)生，因此很多手機(jī)系統(tǒng)公司也會(huì)愿意嘗試國(guó)產(chǎn)芯片，且容忍度大幅提升。

倪文海的觀點(diǎn)是，眼前的貿(mào)易戰(zhàn)對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片是個(gè)轉(zhuǎn)折機(jī)會(huì)。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)有一些公司的產(chǎn)品做的不錯(cuò)，但很多手機(jī)廠商都用慣了外商的芯片，不愿意冒險(xiǎn)替換成國(guó)產(chǎn)的，但這次貿(mào)易戰(zhàn)讓大家看清一個(gè)事實(shí)，國(guó)內(nèi)確實(shí)需要自己的芯片生態(tài)圈。

倪文海認(rèn)為，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商在人力、資源各方面都比較缺乏，很多方面無(wú)法與外商比肩，希望手機(jī)廠可以提供一些特殊通道或者特殊的手機(jī)型號(hào)等，給國(guó)內(nèi)企業(yè)訂單，協(xié)助他們壯大。

賈斌表示，很多國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)廠商已經(jīng)采用外商的射頻芯片幾十年了，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，希望幫忙國(guó)內(nèi)芯片廠商在設(shè)計(jì)、加工的時(shí)候，把質(zhì)量逐步提升上來(lái)，把器件的質(zhì)量測(cè)試好。

錢永學(xué)也表示，大公司可能也要發(fā)揮大公司的責(zé)任，要有意的培訓(xùn)國(guó)內(nèi)的供應(yīng)鏈，至少要有幾個(gè)機(jī)型比如中端的機(jī)型先給國(guó)產(chǎn)的廠家去實(shí)驗(yàn)，且據(jù)了解，韓國(guó)就有類似的法律規(guī)定，三星要有一定的比例給中小廠家，對(duì)國(guó)內(nèi)較小企業(yè)而言，是需要得到大客戶的平臺(tái)支持，給予更大的容忍度來(lái)試錯(cuò)的。

相較于國(guó)內(nèi)射頻芯片的缺口巨大，在代工生產(chǎn)這一個(gè)板塊，就有很多選擇，包括身砷化鎵GaAs 工藝技術(shù)的代工廠有臺(tái)廠穩(wěn)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(guó)際、 GlobalFoundries 、TowerJazz ; CMOS 工藝代工廠有臺(tái)積電、中芯國(guó)際、聯(lián)電等; SiGe 工藝代工廠有：GlobalFoundries、TowerJazz等。

這次在 5G 機(jī)遇和科技戰(zhàn)背景的催化下，讓國(guó)內(nèi)芯片廠有崛起的機(jī)會(huì)，但仍是單點(diǎn)突破的作戰(zhàn)策略為主，未來(lái)要突破外商防線，仍是長(zhǎng)途漫漫，但前方商機(jī)巨大，必須一步一個(gè)腳印才能獲得一席之地。

突圍之路，恐十分漫長(zhǎng)。