中华发射电波频率前端行业现状深入分析,5G急速
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希望国产射频厂商能在这波浪潮中真正崛起,加油加油加油!!!

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2016 年全球射频低噪声放大器收入为 12.80 亿美元,而随着 4G 逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,因此预计在未来几年将持续增长,到 2020 年达到 14.75 亿美元。

所有数据都需要采集、存储、计算、传输,存储器比重有望持续提升。同时传感器、微处理器、通信环节也将直接受益。我们强调,第四次波硅含量提升周期,存储器芯片是推动半导体集成电路芯片行业上行的主要抓手,密切关注大陆由特殊、利基型存储器向先进存储有效积累、快速发展进程。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间通信行业经历了从 2G(GSM/CDMA/Edge)到 3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到 4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在 4G 普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力,也成为了检验智能手机通信性能竞争力的核心指标之一。

2.1 5G 之基带芯片

射频是无线产品中一个关键部件,进入了5G时代,其背后牵动的价值尤为重要。但和很多的其他核心半导体元器件产品一样,我们国内企业的水平差距依然明显。

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移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间,通信行业经历了从2G 到3G 再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在4G普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力。

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射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量保持稳定。根据Gartner 统计,包含手机、平板电脑、笔记本等在内的移动终端的出货量从2012 年的22 亿台增长至2017年的23 亿台,预计未来出货将保持稳定。

而随着移动通讯技术的变革,移动智能终端对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此得到广泛的应用。

SiP封装工艺,是以一定的工序,在封装基板上,实现阻容感、芯片等器件的组装互连,并把芯片包封保护起来的加工过程。SIP 将一些芯片中段流程技术带入后段制程,将原本各自独立的封装元件改成以SiP技术整体整合,有效缩小封装体积以节省空间,同时缩短元件间的连接线路而使电阻降低,提升电性效果,最终实现微小封装体取代大片电路载板,有效地缩小了产品的体积,顺应了产品轻薄化的趋势。我们认为在5G时代,SIP 技术可以帮助整合不同系统上的芯片,伴随着工艺向7nm、5nm 甚至3nm 推进而稳步攀升,先进的集成电路封装技术将在降低芯片制造商成本方面发挥关键作用。

2013年以来全球移动终端出货量(含预测)

5G 的到来将改变基带芯片、射频、存储等领域的创新和升级。

原标题:中国射频前端产业现状分析

苹果推动了SiP模组的加速渗透并不断提升整体性能。在iPhone 6s 手机中,苹果就已低调在内部模组中采用了apple watch1 中S1采用的系统级封装技术,为新加入的线性马达营造空间。继SiP封装技术被引入触控芯片模组、指纹识别IC、3D Touch 模组和多颗RFPA颗粒后,iPhone7 在wifi 模组也采用了SiP封装。同时SiP 模组加速渗透也为iPhone 整体性能提升带来切实帮助,由于SiP 封装相较传统封装有空间利用率优势,使得iPhone7在配备升级尺寸规格的Taptic Engine 后,还能将电池容量从2650mAh提升到2900mAh。

射频前端芯片是移动智能终端产品的核心组成部分,追求低功耗、高性能、低成本是其技术升级的主要驱动力,也是芯片设计研发的主要方向。射频前端芯片与处理器芯片不同,后者依靠不断缩小制程实现技术升级,而作为模拟电路中应用于高频领域的一个重要分支,射频电路的技术升级主要依靠新设计、新工艺和新材料的结合。

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IDC预计2019 年5G 手机出货量仅占了手机出货总量的0.5%,尽管在2019 年全球智能手机的整体销量将会出现下降,但是在今年下半年中,随着5G 设备开始逐渐走入消费者的身边,智能手机的销量将会开始获得提升。

由于移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号:根据 Yole Development 的总结,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10 个,而随着 4G 通讯技术的普及,至 2016 年智能手机支持的频段数已经接近 40 个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时,智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳,一定程度上会造成对射频信号的屏蔽,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

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责任编辑:

最先公布5G基带芯片的是美国高通,2016 年高通发布的骁龙X50 5G Modem 采用的是28 纳米工艺制程,最快下行速率可达5gbps。2017 年10 月,高通用骁龙X50完成了有史以来第一个5G 数据连接。2018 年12 月,在第三届高通骁龙技术峰会上。高通高级副总裁兼移动业务总经理Alex Katouzian 宣布,新一代旗舰处理器骁龙855 正式亮相。高通骁龙855 芯片基于7nm 工艺,内建5G基带,同时是首个支持Multi-Gigabi 5G 连接的商用平台。

来源:内容摘录自卓胜微的招股说明书,仅供参考,谢谢。

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全球射频开关销售收入

5G

同时,在基于移动智能终端实现这些需求的过程中,移动数据的数据传输量和传输速度大提升,并将持续快速增长。根据 Yole Development 的研究,2016 年全球每月流量为 960 亿 GB,其中智能手机流量占比为 13%;预计到 2021 年,全球每月流量将达到2,780 亿 GB,其中智能手机流量占比亦大幅提高到 33%。

基站端天线:

集成电路设计属于技术密集型行业,尤其对于射频前端设计,由于需要适配多通信制式、多频段,未来还需要满足 5G 的技术要求,因此技术复杂度较高;另外,由于通讯技术更新换代迅速、消费类电子产品升级频率高,对于射频前端设计也提出了不断创新的要求。行业内的企业只有积累了深厚的研发经验、具有较强的持续创新能力并且制定了完善的技术发展路径,才能不断满足市场需求。同时,新进入者的产品在技术、功能、性能及工艺平台建设上需要与行业中现有产品相匹配,也提高了行业的技术壁垒。行业内的新进入者往往需要经历较长一段时间的技术摸索和积累时期,才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡,因此技术壁垒明显。

芯片厂商发力,射频前端创新不断。华为海思、三星、联发科等企业均已研发出较为成熟的5G基带芯片。随着5G 商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。5G 带来新的换机潮,存储芯片用量最大,百亿美金采购级别。我们持续强调第四波硅含量提升周期的三大核心创新驱动是5G 支持下的AI、物联网、智能驾驶,从人产生数据到接入设备自动产生数据,数据呈指数级别增长!智能驾驶智能安防对数据样本进行训练推断、物联网对感应数据进行处理等大幅催生内存性能与存储需求,数据为王。

射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。智能手机通信系统结构示意图如下。

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但是我们看到,现阶段,全球射频前端芯片市场主要被欧美传统大厂占据。这是由行业特性所决定的。

时代

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天线有源化将大幅提升天线价值。传统无源天线,天线与RRU 采用分离模式,而5G 时代,随着频率增加、波长减小,为减小馈线损耗,将采用射频模块与天线一体化的设计方案,即AAU。随着射频模块的集成,AAU 天线整机价格相较无源天线将由大幅度的增长。

行业中普遍采用的器件材料和工艺平台包括 RF CMOS、SOI、砷化镓、锗硅以及压电材料等,逐渐出现的新材料工艺还有氮化镓、微机电系统等,行业中的各参与者需在不同应用背景下,寻求材料、器件和工艺的最佳组合,以提高射频前端芯片产品的性能。从技术更新换代的特点上来说,射频前端芯片设计行业技术更新速度快,行业中的各参与者均需要不断进行研发,以保证产品在行业中的竞争力。这个市场需求高,但竞争也很激烈。

报告内容:

移动通信技术的变革蓝图

5G 推进步伐逐渐加快,带来新的换机潮。

为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射频前端芯片数量相比2G 方案和 3G 方案有了明显的增长,单个智能手机中射频前端芯片的整体价值也不断提高。

根据QYR Electronics Research Center 的统计,从2011 年至2018年全球射频前端市场规模以年复合增长率13.10%的速度增长,2018 年达149.10 亿美元。受到5G网络商业化建设的影响,自2020 年起,全球射频前端市场将迎来快速增长。2018 年至2023 年全球射频前端市场规模预计将以年复合增长率16.00%持续高速增长,2023 年接近313.10 亿美元。

以射频开关和LNA为例说明一下:

SiP

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移动智能终端随着移动通讯技术的变革对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此市场空间巨大。2018 年全球射频低噪声放大器收入为14.21亿美元,智能手机中天线和射频通路的数量随着4G 逐渐普及逐渐增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,而5G 的商业化建设将推动全球射频低噪声放大器市场在2020 年迎来增速的高峰,到2023 年市场规模达到17.94亿美元。

射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升。根据 Gartner 统计,包含手机、平板电脑、超极本等在内的移动终端的出货量从 2013 年的 22 亿台增长至 2016 年的 24 亿台,预计未来保持稳定。

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5G

射频前端结构示意图

根据全球半导体硅含量趋势图,从第一款半导体集成电路芯片发明以来,直接推动着信息技术发展,我们一共经历着3 个完整的发展周期,我们预计目前正在进入第4 个发展周期。1)第一个周期,上个世纪60年代到90 年代,全球半导体的硅含量从6%提高到23.1%,第一周期市场空间增长500亿元,由PC 电脑、大型机等需求推动;2)第二个周期,2000 年到2008 年,全球半导体的硅含量从17.3%提高到22.4%,下游需求推动的力量是笔记本、无线2G/3G 通讯等,带来1000亿美元市场空间,随后进入衰退期;3)第三个周期,2010 年到2014 年,全球半导体硅含量从21.1%提高到26.4%,

根据 Yole Development 的统计,2G 制式智能手机中射频前端芯片的价值为 0.9美元,3G 制式智能手机中大幅上升到 3.4 美元,支持区域性 4G 制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到 6.15 美元,高端 LTE 智能手机中为 15.30 美元,是 2G 制式智能手机中射频前端芯片的 17 倍。因此,在 4G 制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

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中国的厂商也紧跟5G的步伐,2018 年2月25 日,在巴塞罗纳举行的MWC 展会上,华为正式发布了旗下首款5G 商用芯片——Balong 5G01,符合5g 标准R15规范,支持Sub 6GHz 中低频,以及28GHz 高频毫米波,兼容2g/3g/4g网络。联发科也公布了其5g 基带芯片产品Helio M70,符合5g 标准R15规范,最快下行速率可达5gbps,兼容2g/3g/4g网络。

国内外领先的射频供应商

在今年的MWC 2019 大展上,紫光展锐重磅发布了5G 通信技术平台“马卡鲁”及其首款5G 基带芯片“春藤510”,迈入全球5G第一梯队。春藤510 基带采用台积电12nm 制程工艺,支持多项5G关键技术,单芯片统一支持2G/3G/4G/5G 多种通讯模式,符合最新的3GPP R15 标准规范,支持Sub-6GHz 频段、100MHz 带宽,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基带芯片。并且,春藤510 可同时支持5G SA 独立组网、NSA 非独立组网两种组网方式。

终端消费者对移动智能终端需求大幅上升的原因,主要是移动智能终端已经成为集丰富功能于一体的便携设备,通过操作系统以及各种应用软件满足终端用户网络视频通信、微博社交、新闻资讯、生活服务、线上游戏、线上视频、线上购物等绝大多数需求。

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随着 5G 商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。根据 QYR Electronics Research Center 的统计,从 2010 年至 2016 年全球射频前端市场规模以每年约 12%的速度增长,2016 年达 114.88 亿美元,未来将以 12%以上的增长率持续高速增长,2020 年接近 190 亿美元。

韩国三星电子也公布了其5g基带芯片Exynos 5100,采用十纳米工艺制程,三星宣称是首款符合5g 标准R15规范的基带产品,支持Sub 6GHz 中低频,以及28GHz mmWave 高频毫米波,向下兼容2g/3g/4g 网络,低频下行速率可达2gbps,高频下行速率可达6gbps。

全球射频前端市场规模

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国内移动智能终端厂商也多向其采购射频前端芯片产品。根据 2015 年 5 月国务院发布的《中国制造 2025》,“到 2020 年,40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,“到 2025 年,70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,提出中国的芯片自给率要不断提升。在这一过程中,射频前端芯片行业因产品广泛应用于移动智能终端,行业战略地位将逐步提升,国内的射频前端芯片设计厂商亦迎来巨大发展机会,在全球市场的占有率有望大幅提升。

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根据 QYR Electronics Research Center 的统计,2010 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长,2016 年全球市场规模达到 12.57 亿美元,2017 年及之后增速放缓,但预计到 2020 年期间仍保有 10%的年化增长率,预计到 2020 年达到 18.79 亿美元。

5G:随着物联网、AR 和VR 等技术的诞生和发展,对移动网络的要求更高,5G 将采用NR 技术,传输速率高达10 Gps,比4G 快达100 倍、而且具有低延时、低功耗的特点。我国5G 预计按照2019年预商用,2020 年规模商用的规划逐步实施。

以智能手机为例,由于移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号: 根据Yole Development 的数据,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过10 个,而随着4G通讯技术的普及,至2016 年智能手机支持的频段数已经接近40 个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时,智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳,一定程度上会造成对射频信号的屏蔽,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

终端天线:

2.4 5G 之天线

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5G手机与4G 手机相比,在硬件上最大的区别之一在于5G 基带芯片,目前高通、华为、三星、联发科、紫光展锐等巨头厂商纷纷加入5G 芯片阵营的角逐,英特尔则在与苹果“分手”后,宣布退出手机5G基带芯片市场,而苹果仍积极自研5G 基带芯片,摆脱受制于人的局面。从1G、2G、3G、4G 发展到今天的5G时代,基带芯片市场也发生着巨大的变化。

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射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。

随着5G商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。

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SiP封装工艺,是以一定的工序,在封装基板上,实现阻容感、芯片等器件的组装互连,并把芯片包封保护起来的加工过程。封装流程可以直接影响芯片的散热、电性、机械性能等表现,决定了整个系统的性能、尺寸、稳定性和成本,在工艺上也需要从系统互联、保护和散热等角度进行整体设计,SIP 将一些芯片中段流程技术带入后段制程,将原本各自独立的封装元件改成以SiP 技术整体整合,有效缩小封装体积以节省空间,同时缩短元件间的连接线路而使电阻降低,提升电性效果,最终实现微小封装体取代大片电路载板,有效地缩小了产品的体积,顺应了产品轻薄化的趋势。

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