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国产替代5G系列之射频芯片的巨大发展空间

相比于4G时代,5G时代对于射频滤波器和开关的需求可以实现翻倍。

文|每日财报  刘雨辰

按照专业的解释,射频表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围在300kHz~300GHz之间,是一种高频交流变化电磁波的简称。而射频芯片是指将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线发送出去的一个电子元器件,具体包括RF收发机、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关(Switch)、天线调谐开关(Tuner)等。

过去十几年的时间,通讯行业经历了从2G到3G,再由3G到4G的逐步迭代, 再从4G升级到如今的5G,更多频段的开发和新技术的引入让高速网络普及,这其中就伴随着射频芯片的不断升级。《每日财报》分析认为,从实际出发,5G相比于4G增加了新频段,而支持新频段就需要增加配套的射频前端芯片,这就为行业打开了需求空间。

量价齐升打开市场空间

从上个世纪80年代的1G时代到2020年的5G时代,网络速度从最初的100kps 提升到如今的1Gkps,通讯速率和效率的大幅提升即带来了数字经济的蓬勃发展,也促进了硬件设备的大爆发和不断升级。

5G高速的通信速率和巨大通讯容量对射频芯片提出了新的挑战,推动射频前端芯片技术不断升级和市场需求的爆发。根据Yole Development的数据,2018年全球移动终端射频前端市场规模为150亿美元,预计2025年有望达到258亿美元,7年年化平均增长率达到8%。

从需求端来看,手机是射频芯片的最大消费领域,从历史进程来看,无线通讯网络每升级一代, 就带来了更多的频段和制式,对应需要更多的射频芯片,例如 PA (功率放大器)直接决定了手机无线通信的距离、信号质量,甚至待机时间,是整个射频系统中除基带外最重要的部分,手机里面PA的数量随着2G、3G、4G、5G 的进化而向前兼容,从而带来频段不断增加。5G 被引入智能手机,大量频段被集成到一部手机,直接带来射频芯片用量的急剧增加。

举个例子来说,2G时代手机频段数是4个,单机总价值是0.8美元;3G时代手机频段数上升到6个,单机总价值3.25美元;然而到了4G时代,千元机频段数就达到了8-20个,旗舰机频段数在17-30个,需要20-40个滤波器,10个开关,单机总价值16-20 美元;而到了5G手机,频段数将达到50个,需要80个滤波器和15个开关,单机总价值达25-40美元。也就是说,相比于4G时代,5G时代对于射频滤波器和开关的需求可以实现翻倍。

另一方面,由于对性能的要求较高,5G 时代单部手机中PA(功率放大器)的数量和单价也都比4G时代有大幅的提升。集邦咨询预测,随着5G智能手机渗透率逐渐提升,将带动中国手机GaAs PA市场从2019年的18.76亿美元增长到2023年的57.27亿美元,年复合增长率达到19.17%。换句话说,5G时代对射频前端的需求主要由两方面因素驱动:手机覆盖更多的高频频段推动单机射频芯片用量的显著提升,以及单机价值上的倍增直接带来大规模需求增长空间,总结起来就是量价齐升。

除此之外,通讯基站同样是射频芯片需求量很大的一个领域。基站射频芯片是实现信号收发的核心芯片,随着通讯技术升级,基站天线更加系统化和复杂化,基站天线用量也在大幅提升,每一路天线都连接滤波器、功放、射频开关等元器件,最后通过连接器与光纤相连接,收发通道数目的增加将会带来对这些环节需求量的提升。

《每日财报》还是用实际的例子来说明,4G宏基站主要采用4T4R方案,对应的射频PA需求量为12个,而5G基站以64T64R大规模天线阵列为主,对应的PA需求量高达192个,也就是说,5G基站PA的数量将增加16倍。而且在5G基站中,GaN射频PA将成为主流技术,集邦咨询的数据显示,2019 年为基站端GaN功率放大器同比增长71.4%,2020年将会成为5G建设爆发年,基站端GaN功率放大器市场规模有望达32.7亿元,同比增长340%。

竞争格局

从世界范围内来看,全球射频前端芯片市场主要被Murata、Skyworks、Broadcom、Qorvo、Qualcomm等国外领先企业长期占据。根据Yole Development的数据,2018年,前五大射频器件提供商占据了射频前端市场份额的八成,其中包括Murata(26%),Skyworks(21%),Broadcom (14%),Qorvo (13%),Qualcomm (7%)。

国际领先企业起步较早,底蕴深厚,在技术、专利、工艺等方面具有较强的领先性,同时通过一系列产业整合拥有完善齐全的产品线,并在高端产品的研发实力雄厚。另一方面,大部分企业以IDM模式经营,拥有设计、制造和封测的全产业链能力,综合实力强劲,这些公司也是华为、苹果、三星等主要手机品牌厂商的供应商。

相比之下,国内射频芯片公司由于起步较晚,基础薄弱,并且主要集中在无晶圆设计领域,较之国际领先企业在技术积累、人才培养、创新能力等方面仍有明显滞后,与美国、日本、欧洲等厂商仍存在较大差距。在5G手机广泛普及前的窗口期,国内逐步实现中低端机型射频前端进口替代,同时积累研发能力,逐步走向全品类供应。

在这里《每日财报》重点介绍一下在国际市场上具备一定竞争实力的卓胜微。卓胜微以射频开关、LNA芯片起家,目前已覆盖全球领先手机品牌如三星、小米、华为、vivo、OPPO等重点客户,并在2019年实现射频模组产品从无到有的突破。在细分产品中比较优势明显,其中射频开关已通过高通的小批量试产验证,正式进入量产,凭借自身实力打开市场,卓胜微在全球射频开关领域的市场份额占比达到 10%,成为全球第五大射频开关龙头企业。

事实上,射频芯片领域的国产替代也已经刻不容缓,华为等公司正在抓紧建设本土供应链,国内公司产品验证和供应渠道明显放开。过去国内之所以难以发展在于上下游行业集中度非常高,本土公司难以获得产品验证和导入的机会。现在下游厂商扶植本土企业,国内射频前端公司将会迎来良好发展机遇。例如,2018年之前,华为P系列和Mate系列等旗舰机型的射频芯片供应商是主要是Murata、Skyworks、Qorvo和Epcos等巨头,但2018年受到美国制裁之后,华为供应链逐步放弃美国供应商,采用海思自研和加快引入国内供应商,在目前的Mate 30和P40手机中,射频芯片主要来自于Murata、海思和卓胜微。

射频芯片的技术核心是既要懂设计又要懂工艺和材料,这就导致行业壁垒很高。但随着国家大力支持半导体产业发展和贸易摩擦带来大量芯片本土化需求,射频产业链本土公司迎来了良好发展机遇和成长空间。

之所以强调本土市场需求大是因为这一点很重要,上世纪80年代日本的芯片产业之所以能被美国打压其核心因素就是最大的需求市场在美国本土,美国控制芯片的采购之后,日本的芯片产业也失去了上升的动力,而中国而完全不同。目前中国本土已经成为全球最大的芯片需求市场,这对本土企业的崛起至关重要。回到5G产业之中,在本轮5G革命中,以华为为代表的中国企业具备先发优势,这对于产业链上的本土公司起到了很好的带动作用。因为只要产品性能达标,那么就会具备优先进入华为供应商名单的机会,这本身就是巨大的激励,国内广阔的市场完全足以支撑本土射频前端企业快速发展起来。

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