㈠ 美没料到,国产射频芯片实现突破,华为5G手机迎来转机
华为作为全球最先进的5G企业,在老美的断供下,如今却只能逆时代的发布4G手机,这让不少“花粉”都感到遗憾。 华为无法发布5G手机的根本原因并非是麒麟芯片已经耗尽,而是为智能手机提供5G信号的射频芯片遭遇了美企的断供。
华为徐直军在开发者大会上表示, 希望消费者们能够耐心等待,华为正在加速破局解决手机5G问题,一切都会回到正轨,对未来的5G市场充满了希望和信心。
没想到好消息来得这么快, 近日国内市场传出一记“炸雷”,国产射频芯片迎来了突破 。对此,不少业内人士都表示,华为手机有希望重回5G行列了。那么具体是怎么一回事呢?
美曾诱捕中国专家
事实上,射频芯片此前并不算是国内半导体产业的短板,相反,我们在该领域还处于相应的领先地位。而转折点则发生在中国射频芯片专家被美诱捕之后,我们的技术专利遭到了窃取,以至于国内射频芯片市场一蹶不振。
射频芯片最主要的核心技术是滤波器,诺思微这家国产企业曾是全球市场顶尖的滤波器巨头之一,在技术总工程师张浩的带领下,诺思微展现出了成为行业领头羊的潜力 。而美国方面为了提升其射频短板,以学术无国界为由,邀请张浩赴美进行学术交流。
可没想到的是,张浩刚下飞机就被老美以“莫须有”的罪名进行了逮捕、扣留,并通过各种下三滥的手段,从张浩手里窃取了诺思微的核心技术。这才是老美邀请这位中国射频专家的真正目的。
没有了张浩的带领,被窃取了核心专利技术的诺思微,在市场和技术的双重打击下逐渐失去了竞争力。相反,美射频芯片企业却迎来了异军突起,这也是为什么它如今能断供华为射频芯片的主要原因。
国产射频芯片迎来突破
不过,近几年美国对华为等中企实现的芯片断供让我们彻底认识到了掌握核心自研技术的重要性,不仅加大了对人才、专家的保护,而且还掀起了大规模的自主造芯浪潮, 国产射频芯片也迎来了突飞猛进的发展,其中大富 科技 的表现最为亮眼。
据媒体报道, 大富 科技 研发出了全球最顶尖的滤波器产品,一举打破了SKyworks、Qorvo等海外企业的垄断 。
值得强调的是,通过十年时间的不懈努力, 大富 科技 突破了五十多种先进工艺壁垒,其国产化技术占比更是超过了95% 。另外,大富 科技 累计申请专利数量也达到了2050件,占比通信基站滤波器专利总量的80%。
而大富 科技 之所以能在竞争激烈的射频滤波市场中脱颖而出,主要得益于每年超过营收10%占比的研发投入。要知道华为每年上千亿的研发投入,其占比大约在15%左右,而近段时间处于风口浪尖的联想,其研发投入占比只有2.9%,这足以看出大富 科技 对自研核心技术的重视。
老美或许也没料到,我们在射频领域经历了“低谷”之后,会这么快重新崛起,而它对华为手机业务的封锁,或许也要因此而结束了。
华为5G手机有希望了
国产射频芯片领域的突破,将会在很大程度上完善我国的5G发展建设, 而其另一个重要的意义是,让华为手机看到了重回5G行列的希望。
为了解决5G信号问题,华为前端时间与鼎桥通信展开合作,通过“借壳”的方式接连发布了N8Pro和M40这两款5G麒麟芯片手机,尽管这两款机型采用了华为的核心技术,无异于华为手机。
但毕竟它没有华为的商标,而且还没有鸿蒙系统。对市场而言,这两款机型未必会像麒麟芯片加鸿蒙系统的华为手机有认可度,但是为了延续手机业务,华为也是没办法,其中心酸不言而喻。
不过, 如今随着国产射频芯片的突破,待到技术进一步成熟化,华为手机或许可以光明正大的重回5G市场了。
总结
对于正处爬坡阶段的国产芯片来说,大富 科技 在射频领域取得的成绩,将会在很大程度上提升国产企业打破垄断的决心和士气。
而大富 科技 崛起的历程也阐明了两个事实,首先,核心技术是买不来、换不来、求不来的,加大投入、注重自研,才是摆脱“卡脖子”的唯一出路;其次,在国产半导体产业崛起的道路上不能有“畏难精神”,正如王传福所说,再尖端的技术设备也是人造的,而非神造的,海外企业可以掌握尖端的芯片技术,那么我们只要努力,就一样可以做到!
㈡ 合肥北城有没有做4g5g滤波器的厂
集微网消息,随着5G网络的快速部署,5G基站核心器件之一的滤波器产能供不应求,产业正进入重构阶段。
从3G/4G时代的金属同轴腔体滤波器到5G时代的陶瓷介质滤波器,作为基站射频核心器件的滤波器,为实现小型化、轻量化、低损耗及性价比的要求,陶瓷介质滤波器逐步成为主流方案。
据集微网了解,目前四大基站终端中,华为和爱立信倾向于陶瓷介质滤波器,中兴和诺基亚目前仍以小型化金属腔体滤波器为主,陶瓷介质滤波器处于供不应求的阶段。
行业人士表示,“当前,华为以陶瓷介质滤波器为主,而中兴则以金属为主,后面大概率还是向陶瓷的过渡。”
陶瓷介质滤波器成首选
长期以来,以滤波器为代表的射频前端芯片都处在被日本、美国等巨头厂商“卡脖子”的境地。在5G商用和华为供应商国产化的推动下,国产滤波器厂商迎来新的机遇,加速了国产替代的步伐。
纵观当下整个滤波器行业,5G通信技术对滤波器的性能,如高频谐振器Q值,尺寸和功率容量等要求不断提高,整个滤波器市场正在进入重构阶段。
目前,5G基站滤波器共有小型金属腔体滤波器、塑料滤波器和陶瓷介质滤波器三种方案。小型金属腔体滤波器性能稳定,工艺成熟,但多用于低频段。随着频率的升高,工艺要求高,小型金属腔体滤波器市场缩窄;而塑料滤波器在温度和成本上具备优势,但面临腔体变形影响波形的瓶颈,暂未突破。
相对而言,目前较为成熟则是陶瓷介质滤波器。特别是自华为布局陶瓷介质滤波器以来,5G基站陶瓷介质滤波器进入供不应求的阶段。就国内市场而言,陶瓷介质滤波器主要供给华为主供,少量向爱立信倾斜。
据集微网了解,陶瓷介质滤波器的主要原材料是陶瓷粉体和介质谐振器。从其工艺流程来看,陶瓷介质滤波器是经粉体干压烧结后,两面覆银作电极金属化,经直流高压极化后产生压电效应。陶瓷片两面形变后产生电场而具有串联谐振特性。由于上述电磁波谐振发生在压力陶瓷介质内部,不需要固定谐振器,因此介质滤波器的体积更小。
同时,由于微波陶瓷粉体比较金属腔体具有高Q值的材料特性,大幅减小了插损,具有高带外抑制、温度漂移特性好、温度适用范围宽泛、多种形式的封装结构和输出接口形式的特点,满足了基站滤波器小型化的发展趋势。
这也是当前陶瓷介质滤波器成为5G基站首选的重要因素。
与此同时,行业人士透露,基于当前陶瓷介质滤波器结构复杂,精度要求高,流程长,成品率低等诸多技术难点,能够量产的企业不多,产能供不应求的状况还将加剧。
陶瓷介质滤波器供不应求
据国盛证券分析,5G时期基站滤波器从金属腔体滤波器向陶瓷介质滤波器演进,而目前能够具备上游陶瓷粉料配方工艺、同时具备量产介质滤波器和调试能力,并已实现批量供货的,只有艾福电子和灿勤科技。
截止目前,众多上市公司在互动平台回复称,5G基站陶瓷介质滤波器获得客户认证或小批量量产的消息络绎不绝。
其中,东山精密提到,子公司艾福电子的3.5G介质滤波器目前一个月供货100多万个,2.6G的介质滤波器已经开始供货,给华为的供货基本上要从现在的10万个不到,爬坡到明年的300万个/月,整体业务供不应求。
除了东山精密外,背靠华为二十年的武汉凡谷也在投资互动平台表示,介质滤波器日交付量约3万片,部分型号的5G小型化滤波器和陶瓷介质滤波器已经量产。此外,供给华为的5G产品包括“金属腔体介质谐振杆”形态及全介质形态两种形态,目前供给爱立信和诺基亚的5G产品主要以小型金属化为主,同时,考虑到后续5G市场需求的增长,公司也在积极准备介质滤波器的扩产计划。
同为华为和诺基亚滤波器供应商的春兴精工则表示,5G基站核心部件已有部分产品放量,集中于多通道腔体滤波器、5G基站AAU外壳;而在陶瓷介质滤波器及其他陶瓷相关部件方面,已经有多个客户进入到商用阶段,sub6GHz波导式陶瓷介质滤波器已实现小批量生产能力。主要客户包括诺基亚、华为、爱立信、三星等全球最大的移动通信设备制造商。
从前述来看,华为扶持的陶瓷介质滤波器的供应商在产品和量产的成熟度较高,基本格局初定,包括东山精密、武汉凡谷、春兴精工及大富科技等。但基于产能有限,加之新入局的麦捷科技、国华新材、顺络电子、瑞声科技、三环集团等产能小批量开出或加速布局,目前整个陶瓷介质滤波器的市场处于供不应求的阶段。
据市场数据显示,华为目前5G基站出货量超20万,月均出货量5万。此外,华为创始人任正非在8月接受采访时就表示,今年华为5G的供应量是60万个基站,明年可能会达到150万个,可见其市场需求量存在无限的上升空间。
相对华为的5G陶瓷介质滤波器供应格局初定,中兴则在金属滤波器领域深耕更多。目前,世嘉科技、通宇通讯、京信通信等都中兴金属滤波器的主力供应商。可以预见的是,中兴也在向陶瓷介质滤波器转移,但基于陶瓷介质滤波器在产能、工艺、良率及价格等多重壁垒影响下,金属腔体滤波器向陶瓷介质滤波器的转型并不容易。
与此同时,陶瓷介质滤波器的供不应求也将加速其他滤波器产品的升级迭代,以满足5G基站的需求。据业内人士透露,随着时间的推移,基于更多通道的需求,SAW/BAW滤波器在未来5-10年将是射频前端滤波系统中渗透率最高的技术。(校对/GY)
㈢ 华为P50系列以后能升级支持5G吗
上周四,华为P50系列发布后,最引人关注的就是只有4G版,没有5G版。但即便如此,目前预订P50系列,依然需要抢。
大家争抢的原因无外乎以下几个方面:一、华为P50系列足够优秀,比如强大的影像能力、鸿蒙系统领先的设备协同能力等,太有吸引力了;二、对很多人来说,5G目前还没有带来颠覆性的体验,因此不是刚需,4G手机完全可以再战两年;三、用实际行动支持华为手机渡过难关。
可能还有一个原因:也许以后华为P50系列能通过升级支持5G也说不定呢。
大家知道,为了迅速做大鸿蒙生态,华为在新机型销量有限的情况下,需要尽可能地让更多老机型也升级到鸿蒙系统,因此推出了旧机焕新计划。华为、荣耀部分老机型包括内存、电池、屏幕、后壳等在内的零部件都可以换新升级。
既然啥都能升级,那么以后P50系列能不能通过升级来支持5G?
这并不是信口开河,因为P50系列搭载的骁龙888、麒麟9000原本都是集成式5G SoC。也就是说,这两款芯片的原版都是自带5G基带的。
这次华为P50系列使用的骁龙888 4G芯片由高通供应,可能是专门生产的4G版,砍掉了5G基带。但麒麟9000肯定是带有5G基带的,因为它是华为赶在美国禁令生效前,抢先生产囤的货,不会有专门的4G版。
既然麒麟9000支持5G,为什么搭载它的华为P50 Pro却不能用5G?
问题出在了射频前端。大家来看一张手机通信的基本原理图。
基带部分华为已经解决,还处于全球领先地位。但在射频前端部分,我们卡在了滤波器环节。 一个小小的滤波器,在整个射频前端的价值比重超过了一半。
手机用的滤波器主要是声学滤波器,分为有声表面波(SAW)和声体波(BAW)两种,全球市场上被美日厂商垄断,国产品牌基本没有参与和竞争。
在SAW滤波器方面,国内厂商无锡好达针对部分国产手机厂商有出货,用于中低端产品,市场占有率据说仅在1-3%。在5G手机首选的BAW滤波器方面,我们还处在技术研发层面,中国电子 科技 集团二十六所在这方面的研究填补了国内空白。
美国的封杀,导致了滤波器供应困难。即使华为抢先囤下了不少支持5G的麒麟9000芯片,依然在新款旗舰P50系列上无法支持5G网络。
既然找到了问题所在,那么等BAW滤波器实现国产化后,给华为P50系列换上,不就可以支持5G了吗?
理论上是可以的,因为射频前端模组一般独立在SoC之外,但具体操作起来就一言难尽了,一方面这不是一朝一夕的事儿,另一方面至少华为自己得有相关前期准备。
㈣ 手机射频测试国内外现状、水平和发展趋势
射频器件是无线连接的核心,是实现信号发送和接收的基础零件,有着广泛的应用。随着5G的到来,射频器件的需求将大幅增加,预计到2025年射频前端市场规模有望突破258亿美元。快速增长的市场让行业看到了机会,新的射频公司在不断地涌现出来,尤其是在国内,打造自主射频供应链就成为很多厂商的追求,但纵观现状,似乎差距还是很明显。不过,若通过提升设计能力,辅助调试工作来提升射频性能,国内射频产业还有很大的成长空间。
射频器件是无线连接的核心,是实现信号发送和接收的基础零件,有着广泛的应用。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。
5G带来量价齐升
5G的引入,使得已经很复杂的射频前端变得更加复杂,随着射频前端的价格压力增加,这种现象可能会加剧。预计5G发展到成熟阶段,全网通的手机射频前端的Filters数量会从70余个增加为100余个,Switches数量亦会由10余个增为超30个,使得最终射频模组的成本持续增加。从2G时代的约3美元,增加到3G时代的8美元、4G时代的28美元,预计在5G时代,射频模组的成本会超过40美元。
市场规模不断扩大
在LTE时代,射频前端市场的增长来自于载波聚合和MIMO技术。5G要求增加频段,实现双重连接,下行方向过渡到4 x 4 MIMO,上行方向发展到2 x 2
MIMO,这将促进射频前端市场增长。此外,伴随着5G的商业化,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,因为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。
根据Yole数据,2018年全球射频前端市场规模为150亿美元。5G射频前端物料成本价从4G的28美元提升至40美元,以假设2020年5G手机出货量占比为13%来测算,2020年射频前端市场规模预计达到160亿美元;到2025年预计达到258亿美元,2018-2025年的复合年增长率为8%。
市场被四大厂商垄断
美日欧厂商长期垄断射频市场。射频前端领域设计及制造工艺复杂、门槛极高,现阶段射频前端市场主要集中在Skyworks、Broadcom、Murata、Qorvo四大IDM厂商,占据了超过九成的市场份额。此外,高通在LNA领域已经足够强大,通过整合TDK
EPCOS的滤波器业务,大有赶超Qorvo之势。
滤波器和PA是重头戏
射频器件包括射频开关和LNA,射频PA,滤波器,天线Tuner和毫米波FEM等。射频前端中价值量占比最高的是滤波器,其次是功率放大器,占比分别约为53%和33%,其余期间包括开关、谐波器、低噪声放大器等,合计占比约为14%。
数据表明,滤波器和PA是射频器件的重头戏,其中PA负责发射通道的信号放大,滤波器负责发射机接收信号的滤波。对于通信设备而言,没有PA,信号覆盖就会成为很大的问题;没有滤波器的设备更是相当于一块砖头,通信设备上通常安装30-40个滤波器就是为了避免干扰,让设备实现正常通信。
滤波器——国产突破尚待时日
目前,滤波器市场也被国外厂商所瓜分。传统SAW滤波器市场的主要供应商为Murata、TDK、太阳诱电等几家日本厂商,总计占据了全球市场份额的80%以上。BAW滤波器市场被博通(Broadcom)和Qorvo垄断。安华高和博通并购重组后,博通拥有了最具竞争力的产品组合,其推出的BAW滤波器目前在高端智能手机应用市场中占据统治地位。
PA——国产化有望突破
手机频段持续增加,PA的数量也随之增加。4G多模多频手机所需PA芯片5-7颗,预计5G时代手机内的PA或多达16颗。4G时代,功率放大器材料主要以GaAs为主,而未来更高频段的功率放大器将以GaN材料为主。当前PA市场主要被IDM巨头垄断,前三大厂商Skyworks、Qorvo、Broadcom合计占有超90%的市场份额。
目前国产PA厂商也在积极地介入这一市场,国内厂商大多采用“Fabless+Foundary”的产业模式,主攻芯片设计,且产品主要集中在中低端市场,同质化现象比较严重。出于供应链安全角度的考虑,华为海思的射频前端团队于2018年成立,目前研发进展顺利,首款PA模组Hi6D03已在Mate
20X上出现,预计海思将成为未来PA市场的重要力量。
产业链完整 国内厂商奋起直追
4G到5G的演进过程中,射频器件的复杂度逐渐提升,产品在设计、工艺和材料等方面都将发生递进式的变化。国产射频器件替代空间大,但困难也大。目前国内射频芯片产业链已经基本成熟,从设计到晶圆代工,再到封测,已经形成完整的产业链。从国际竞争力来讲,国内的射频设计水平还处在中低端。
PA和开关厂商,射频芯片产品销售额加起来大约5亿美金,大陆射频芯片厂商销售额大约3亿美金。全球PA和开关射频产品需求金额大约60亿美金。可见,国内厂商依然在起步阶段,市场话语权有限;滤波器方面,国内厂商销售总额不到1亿美金,全球市场需求在90亿美金。即以后通过提升设计能力,辅助调试工作来提升射频性能,国内射频产业还有很大的成长空间。
以上数据来源于前瞻产业研究院《中国射频器件行业战略规划和企业战略咨询报告》。
㈤ 5G时代迎射频大热:离国产化还有多远
据法国调研机构Yole的预计,受益5G,射频前端市场有望从2016年101.1亿美元增长到2022年的227.8亿美元,6年复合增速14.5%。其中,滤波器变动最大,规模52.08亿美元增长到163亿美元。但目前这仍是一个海外巨头占据强势份额的领域,部分环节的国产替代进程仍需时日,国内也尚未完全角成良好的生态共建。更有机构认为,射频领域的国产化替代处在初级阶段。
由于5G的新增频段属于中高频频段,对器件的性能和技术要求都会提升。“比如移动端由于新增频段对滤波器的需求就需要插入损耗更小和Q值更高的BAW(声体波滤波器)滤波器支持;基站特别是宏基站的部分则需要GaN(化合物半导体:氮化镓)的PA来支持。因此整体来说,对射频器件厂商的技术水平要求会更高。”张琛琛认为,射频领域的国产化进程已经在前几年启动,目前在2G、3G领域,PA国产化水平很高,4G刚启动;开关等产品技术的规格与国际差距不大;但滤波器的国产化则非常薄弱。值得注意的是,恰恰是射频前端中占比最大的部分,也是国产化相对薄弱的地方。据Yole预计,到2023年,手机终端射频器件整体市场规模中,滤波器占比最大,将达60%;PA将占比21%,是其中两个规模较大的市场。
㈥ 国产5G射频芯片落地!华为手机迎来转机,正式步入量产
美国修改半导体芯片市场新规,导致华为智能手机因缺少5G射频模组芯片而暂时丢失5G功能。这对麒麟芯片遭到断供的华为来说是“雪上加霜”。缺少5G功能的华为新机P50系列,让不少“花粉”感到遗憾,不过,这一问题很快会得到解决。
2022年1月14日消息。国内 科技 巨头富满微于2022年1月11日正式官宣:公司自研的5G射频前端芯片步入量产阶段,国产5G射频芯片正式落地。相比较GPU、CPU;5G射频模组芯片的研发难度要低一些。但因射频芯片模组零部件繁多,想要实现射频芯片模组的自给化,还是具备一定难度的。
不过伴随着国产厂商芯片自研项目的展开,我们在5G射频模组中取得了相当不错的进展。距离华为手机5G功能重回的时间也越来越近。例如金信诺与华为就射频连接器、射频线缆、射频组件、高速线缆等5G射频芯片项目开展合作。飞骧 科技 推出100%国产化射频芯片解决方案,助力国产厂商加速实现射频芯片自给自足的目标。大富 科技 破冰基站滤波器壁垒,推出了技术、性能卓越的5G基站滤波器,获得国家级制造业单项冠军并成为华为的核心供应商。
回到富满微 科技 这里,据了解,富满微 科技 量产的射频模组芯片,主要应用范围是以智能手机为主的各类电子设备。补充一点,对于国内供应商来说,通讯天线和射频模组都不是问题,难就难在射频前端模组上。目前国产供应商需要向国外进口射频前端芯片,而这也是导致华为手机无法使用5G的原因,好在这一问题很快被富满微 科技 解决。
换句话说,富满微 科技 推出的前端射频芯片,补足了国产射频芯片的最后一块拼图。这对华为等国产芯片商来说十分重要。有了它,华为手机有望在今年重回5G功能。值得一提的是:关于射频芯片自研项目,华为海外市场负责人在2021年11月举办的华为大会中表示:目前华为上海海思研发机构正进行5G射频芯片项目的研发,华为手机很快会重回5G。
对于国产芯片产业来说,富满微 科技 实现前端射频芯片的量产,将带动国产自研芯片项目的发展,尤其是国产智能设备厂商的发展。毕竟在解决了射频芯片卡脖子问题后,国产商的设备成本将会大幅降低,而与之相伴的则是附加值的提高。营收高了,发展自主权掌握在自己手中,有利于国产商的更好、更快发展。
祝愿国产半导体厂商能够早日解决核心技术卡脖子难题,掌握核心技术的发展自主权。对于富满微 科技 前端射频模组芯片正式投产这件事情,大伙有什么想说的呢?结合目前我国的射频芯片发展现状,到2022年,我们能否实现射频芯片自给自足的目标呢?
㈦ 射频三大件国产替代路径:国产替代已大势所趋,国内厂商如何破局
近日,前瞻产业研究院发布《 横跨数个百亿赛道 国产射频微波领域仪器仪表如何破局 》专题报道:
频谱分析仪、矢量网络分析仪、射频信号发生器并称为射频三大件,受益于近年来5G商用化进程、新基建工程、智能网联 汽车 的快速推进,中国射频三大件市场规模快速增长,且规模增速快于全球市场。同时,射频三大件持续发挥着“小口径、大带动”的作用,通过自身的技术进步,带动下游5G、半导体、物联网等万亿级市场的进一步发展。
同时,随着中国市场的快速发展,国产替代已经成为大势所趋,如成都玖锦等国内厂商纷纷通过突破技术壁垒、倾力品牌打造、重视市场培育与建设等手段走出一条可持续发展的国产化替代之路。
1、中国射频三大件市场发展现状
——射频三大件(频谱分析仪、矢量网络分析仪、射频信号发生器)概述
频谱分析仪
根据国家标准《GB/T 11461-2013 频谱分析仪通用规范》,频谱分析仪是能够在频域上有效地显示出构成时域信号的各个单独频谱分量(正弦波)的仪器。
频谱分析仪能够以模拟或数字方式显示信号的频域特性,实现信号失真度、调制度、稳定度等参数的测量,在射频领域有“射频万用表”的美称。传统的频谱分析仪基于“扫频式”原理,前端电路是一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经变频器变频后由滤波器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。随着集成电路技术、快速A/D变换技术、频率合成技术、数字信号处理技术、微处理器技术的飞速发展,频谱分析仪无论从功能还是性能都得到了极大的扩展和提升。
现代的高端频谱分析仪采用了快速傅里叶变换技术,这种技术一方面将被测信号分解成分立的频率分量,达到与传统频谱分析仪同样的结果,另一方面将被测信号数字化,使得频谱分析仪具备了矢量信号分析功能和实时频谱分析功能。基于此,当今的频谱分析仪也可称为矢量信号分析仪(或实时频谱分析仪)。
在具体下游应用领域方面,矢量信号分析仪广泛应用于卫星通讯、雷达、频谱监测、半导体、新能源、人工智能、物联网、 汽车 电子、医疗电子、航空航天和国防、电子对抗、教育科研等行业。
矢量网络分析仪
根据行业标准《SJ/T 11433-2012 矢量网络分析仪通用规范》,矢量网络分析仪是一种能完成复传输和复反射S参数测量和分析的仪器,能够对单端口、两端口或多端口网络的S参数进行测量和分析,具有按某种误差模型的要求,进行测量校准、自动修正误差的能力。
矢量网络分析仪结合了频谱分析仪技术、信号发生器技术以及矢量网络分析技术等各项技术,是射频微波领域必备的测试测量仪器,并且是诸多行业专用仪器的基础形态。
矢量网络分析仪会利用自带的信号发生器向被测件发射信号,再通过对折返的信号进行分析,获取待测件的信息属性。
射频信号发生器
射频信号发生器可在各种频率上产生射频信号,具有高光谱纯度、稳定的频率和振幅,不仅可以生成任意波形信号,还可以将任意波形信号上变频成射频微波信号,是无线电设备和射频微波器件研发、制造、维修、检测的必要设备,具体功能包括生成矢量调制信号、电磁兼容、微波信号产生、时钟测试和安规认证等。广泛分布于通讯、半导体、新能源、 汽车 电子、医疗电子、消费电子、航空航天、教育科研等行业。
——射频三大件市场规模稳步增长,中国市场增速快于全球市场增速
随着航空航天、5G商用化、 汽车 智能化、物联网、半导体等行业的快速发展,全球射频三大件产品的市场需求快速增长。结合弗若斯特沙利文、Technavio等机构的统计测算数据,测算2021-2025年全球射频三大件市场规模年复合增长率在5.7%左右,到2025年全球射频三大件市场规模将达到270亿元左右。
注:市场规模口径包含频谱和网络分析仪、信号发生器;市场规模数据依据2021年人民币与美元平均汇率进行换算。
在中国市场方面,受益于5G商用化进程、新基建工程、智能网联 汽车 的快速推进,中国射频三大件市场在近几年快速增长,且市场增速快于全球市场增速。结合Technavio、弗若斯特沙利文、灼识咨询等机构测算数据,测算2021-2025年中国射频三大件市场规模年复合增长率在8%左右,到2025年中国射频三大件市场规模将接近100亿元。
注:市场规模口径包含频谱和网络分析仪、信号发生器;市场规模数据依据2021年人民币与美元平均汇率进行换算。
根据灼识咨询的统计测算数据,在频谱分析仪、网络分析仪和信号发生器这三大产品构成的市场中,频谱分析仪市场占比最大,达到39.7%,接近40%;信号发生器和矢量网络分析仪市场占比相近,均在30%左右,具体占比分别为30.5%和29.8%。
——射频三大件带动下游万亿级市场发展
射频三大件与下游应用领域的发展是相辅相成的,射频三大件本身市场规模虽然相对较小,但射频三大件产品是下游应用领域发展所必须的基础测量设备。
下游5G通信、商业航天、物联网、半导体、毫米波雷达、卫星通信等领域产品和技术的升级与发展需要更高性能的仪器来实现相关指标的测量与测试。射频三大件产品可以对复杂的信号进行频谱测量分析、频谱监测、调制与解调、电路网络分析、电磁兼容测试等,并且能够结合相关软件为下游应用提供全面的测量测试解决方案。因此射频三大件是典型的“小口径,大带动”产品,射频三大件产品技术与性能的提升,将辐射带动下游行业的快速发展。
典型下游应用领域的市场状况方面,物联网领域,根据赛迪统计测算数据,2021年中国物联网市场规模达到2.63万亿元;5G领域,根据中国信息通信研究院统计测算数据,2021年5G直接带动经济总产出1.3万亿元;半导体领域,根据美国半导体行业协会(SIA)统计数据,2021年中国半导体行业销售额达到1925亿美元; 汽车 电子领域,根据中国 汽车 工业协会统计测算数据,2021年中国 汽车 电子市场规模达到8894亿元;卫星通信领域,根据赛迪无线电管理研究所统计测算数据,测算2021年中国卫星通信产业市场规模在900亿元左右。
在应用场景方面,射频信号发生器是对无线电信号进行测量的必备工具,在高频率范围的信号中应用尤其广泛;频谱和矢量网络分析仪方面,主要用于研发、生产测试、现场维护和教育教学等,高端产品主要应用在高性能射频器件开发、毫米波通信系统和前沿研究。
从具体的应用领域来看,射频三大件的下游应用行业基本相同,具体包括半导体、消费电子、移动通信、 汽车 电子、自动驾驶、车联网、物联网、国防与航空航天、科研与教育等,其中多个下游应用行业加速发展,有望催化测量仪器需求的高速增长。
2、中国射频三大件市场竞争格局
——产品技术端:国内厂商实现了高端化突破,电科思仪和成都玖锦处于第一梯队
近年来,国内厂商在产品方面实现了高端化突破。成都玖锦、电科思仪等国内高端产品厂商信号发生器、信号分析仪和矢量网络分析仪等产品均突破了50GHz,均可对标国际一线品牌同类仪器指标。
综合来看,在射频三大件方面,国内厂商与国外厂商的技术水平差距已然不大,部分国内厂商具备一定的实力与国外厂商进行横向比较。
在具体企业的产品性能方面,电科思仪在射频三大件产品中均代表了国内厂商的最高水平,其次是成都玖锦,其射频三大件产品性能紧随其后,均接近国内厂商的最高水平。
根据国内企业各产品数据手册以及企业公告等公开资料的整理和分析,对中国射频三大件市场相关企业进行了技术层面的竞争格局划分。电科思仪和成都玖锦处于产品性能的第一梯队,鼎阳 科技 、普源精电、创远仪器、优利德等企业位于产品性能的第二梯队。
——市场布局端:国内厂商紧抓窗口机遇期,基本实现了高中低端市场的全面覆盖
市场端方面,新冠疫情带来的全球产业链重构为国内厂商带来了窗口机遇期,国内厂商例如普源精电、鼎阳 科技 、优利德等,纷纷通过IPO募集资金,以期抓住机会窗口,进一步扩大在国内市场的影响力。
在原本外国厂商垄断的高端市场实现国产化突破之后,以电科思仪、成都玖锦、鼎阳 科技 、普源精电等企业为代表的国内厂商已经基本实现了国内高中低端市场的全面覆盖。
——市场竞争端:上市企业营收快速增长,国内厂商地位不断提升,高端产品市场替代空间更为广阔
此处选取了电子测量仪器行业中对射频三大件相关业务进行数据披露的企业进行汇总分析,普源精电采用其射频类仪器业务营收,鼎阳 科技 采用其波形和信号发生器、频谱和矢量网络分析仪业务营收,创远仪器采用其信号分析与频谱分析、矢量网络分析业务营收。
通过汇总发现,2018-2020年选取企业射频三大件相关业务增长势头迅猛,2019年选取企业射频三大件相关业务营收增长29.92%,2020年选取企业射频三大件相关业务营收增长24.41%;与此同时,选取企业射频三大件相关业务在中国市场中的占比也逐年提升。综合以上数据,从一定程度上说明了中国市场中国内厂商的市场地位在不断提升。
注:普源精电与鼎阳 科技 尚未发布2021年整年细分产品数据,因此此处2021年数据仅包含普源精电和鼎阳 科技 相关业务的2021年上半年数据。
根据弗若斯特沙利文的统计及测算数据,在整个中国电子测量仪器市场中,是德 科技 、罗德与施瓦茨、安立、泰克、力科等国外厂商的市场份额总和在40%左右,由于高端产品市场几乎被国外厂商垄断,由此可见在高端产品市场,国外厂商的市场份额远在40%以上。
上述上市公司产品主要定位于中端,但除此之外,国内已经实现高端化突破的企业,例如电科思仪、成都玖锦等,目前并未上市,其信号发生器、信号分析仪和矢量网络分析仪等产品均突破了50GHz,均可对标国际一线品牌同类仪器指标,已经成为了国外厂商在中国高端产品市场的直接竞争对手,因此在高端射频三大件产品领域,存在着广阔的竞争与国产化替代空间。
3、中国射频三大件国产替代路径:国产替代已是大势所趋,国内厂商如何破局
——突破技术壁垒
射频信号发生器、频谱和矢量网络分析仪技术核心主要基于射频微波电路和数字信号处理等学科,产品主要的技术门槛在于射频微波电路设计以及数字信号分析算法、软件平台等,涉及到较多的微波电磁波和通信理论,应用的射频芯片技术复杂且成本较高,前期研发投入大。
与此同时,随着5G通信、雷达、物联网、 汽车 电子、卫星通信等下游应用领域的快速发展,使得频域信号测量的应用范围得到扩展,下游应用领域对于频域测量仪器的性能提出了更高的要求,因此要实现国产替代,必须需要突破中高端射频三大件产品的技术壁垒 ,例如当产品达到26.5GHz的测量频率范围后,产品的射频芯片、射频材料、射频连接、微波仿真、微组装电路工艺等相关技术的设计难度和成本也迅速提升,因此中高端的射频三大件产品具有较高的技术壁垒,需要迫切地实现中高端产品的自主可控。
突破技术壁垒就意味着需要投入大量的人力和资金,众多国内厂商纷纷加大投入,加快自主研发脚步。以成都玖锦为例,其投入大量的研发人员与研发资金,其中研发人员占比达到66%,研发费用占比达到35%,均领先行业内的其他企业。这样的做法带来的成效也是极其显着的,经过多年技术积累,成都玖锦通过自主掌握的“宽频段超带宽多通道信号生成及模拟技术”、“宽带高隔离激励源和多通道信号分离接收技术”、“宽频段大动态宽带信号接收和分析技术”、“高速数字采集与处理技术”等四大硬核技术,打破国际技术壁垒,开发了“信号分析仪”、“信号发生器”、“矢量网络分析仪”和“综合测试仪”等产品线,正在国内高端电子测试测量仪器市场迅速崛起。
——倾力品牌打造
近年来党和国家高度重视中国品牌的建设。自2017年起将每年5月10日设立为“中国品牌日”。新时代、新经济、新赛道背景下,品牌价值对于企业的重要性已毋庸置疑,从中国制造到中国创造,随着电子信息产业链的强化发展,高端科研仪器技术的国产替代,其难点不只在技术,更在于整个市场的一份“信任感”。
国产自主品牌的建设之道在于用互联网思维打造工业品牌,例如成都玖锦从诞生之日起,就定位高端技术,秉持“一群人、一件事、一颗心、一辈子”的人文主义和长期主义精神,投入到了高端电子测试测量仪器仪表的研发工作上。2022年成都玖锦也备受国家重视,入选了中国品牌日。
同时,在疫情防控常态化下,国产自主品牌紧密结合新时代传播渠道特色,创新打通线上线下进行国产品牌的传播与推广,打造自己的品牌阵地。
——重视市场培育与建设
在射频三大件所属的通用电子测试测量仪器领域,欧美有是德 科技 、泰克、力科和罗德与施瓦茨等行业优势企业,培育了更为成熟的使用者,其能够熟练理解和使用功能日趋复杂的通用电子测试测量仪器,在选择相关仪器时能够更好的鉴别产品的性能,选择一些性价比高的品牌。
由此可见,企业对于市场消费者使用习惯的培育与建设尤为重要,是打造市场和品牌护城河的一项有力手段。例如成都玖锦通过对国内客户消费/使用习惯的洞察,从市场需求和使用习惯的角度出发,使得其产品符合国内消费者的操作习惯,无需适应新的操作模式,极大地降低了产品使用的学习成本;除此之外,成都玖锦产品具有出色的可扩展性和兼容性,极大地降低了用户相关产品生态的建设成本。上述两种方式均是快速实现国产替代的有效手段和途径。
再例如电科思仪最新发布的“天衡星”系列产品,除了在性能和功能方面具有优势以外,“天衡星”系列产品采用高清大屏呈现测量结果,多种参数一览无余,且支持多点触控、自定义操控界面、“一键搜索”等功能,使操作更为简洁高效。
4、总结:中国市场快速发展,国产化替代正当时
近年来中国射频三大件市场规模快速增长,并且带动下游万亿级市场进一步发展。与此同时,国内厂商无论是在市场地位方面还是产品性能方面均得到了不同程度的提升和发展,尤其是技术水平的差距进一步缩小。综合来看,万事俱备,国产化替代正当时。
在国产化替代方面,不同企业选择了不同的实施路径,部分企业着力于实现技术壁垒的突破,部分企业倾力于品牌的打造,部分企业重视市场培育与建设,部分企业则多管齐下,致力于走出一条可持续化发展的国产替代之路。
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㈧ 射频前端模组,看这一篇就够了
姓名:刘轩 学号:19020100412 学院:电子工程学院
转自:https://zhuanlan.hu.com/p/297965743
【嵌牛导读】射频前端模组技术介绍
【嵌牛鼻子】射频前端 滤波器
【嵌牛提问】中国企业如何克服“拿来主义”,快速迭代发展?
【嵌牛正文】
射频前端(RFFE, Radio Frequency Front-End)芯片是实现手机及各类移动终端通信功能的核心元器件,全球市场超过百亿美金级别。过去10年本土手机的全面崛起,为本土射频前端产业的发展奠定了坚实的产业基础;而5G在中国的率先商用化,以及全球贸易环境的变化,又给本土射频行业加了两捆柴火。射频前端芯片产业在我国也已经有了15年以上的发展历史,创新和创业活动非常活跃,各类企业数十家,也是市场和资本高度关注的领域。本文作者有幸在射频芯片行业从业11年,从2G时代做到今天的5G,也在外企、民企、国企都工作过,直接开发并大量量产过射频的每一类型产品。这篇文章总结了作者与一些行业朋友近些年的讨论,尝试对射频模组产品的技术市场及商业逻辑进行梳理。同时,本土射频发展了十余年,竞争是行业主线,合作与友谊是非常稀缺的资源。本文将会重点分享“模组化”的相关知识,也是希望更多的本土厂商去通过“合作”分享模组化的巨大机遇。
引言
根据魏少军教授在“2020全球CEO峰会”的《人间正道是沧桑-关于大变局下的战略定力》主题演讲,统计得出对中国市场依赖度最高(依营收占比计算)的美国公司,如下图。我们可以看到SKYWORKS、Qualcomm、Qorvo、Broadcom这四家美国射频巨头(其中SKYWORKS和Qorvo以射频业务为主;Qualcomm和Broadcom包含了射频业务)恰好占据了排行榜前4名。
射频前端的国际情况
射频前端技术主要集中在滤波器(Filter)、功率放大器(PA, Power Amplifier)、低噪声放大器(Low Noise Amplifier)、开关(RF Switch)。目前全球射频市场由引言提到的四家美国射频公司Skyworks、Qualcomm、Qorvo、Broadcom与日本Murata这五大射频巨头寡占。
五家射频巨头在PA与LNA等市场占有率超过九成。滤波器方面,则分为声表面波(SAW, Surface Acoustic Wave)与体表面波(BAW, Bulk Acoustic Wave)滤波两种主要技术。目前,SAW滤波器市场由Murata占据一半,Skyworks约10%,Qorvo约4%,其余则被太阳诱电、TDK等大厂瓜分。BAW滤波器的市场则由美国企业占据9成市场。
由此可见,射频前端是巨大的市场,能容纳5家国际巨头持续发展。国际巨头的技术跨度大,模组化能力强;模组化产品是国际竞争的主赛道。每家巨头都拥有BAW技术或其替代方案。
射频前端的国内情况
关于射频前端的国内情况有很多文章都曾提到,这里不赘述,只给几个共识比较多的结论:
1.本土公司普遍以分立器件为主要方向;分立器件是当前本土竞争的主赛道。2.本土公司缺乏先进滤波器技术及产品,模组化能力普遍不强。
5G模组化挑战及机遇的来源
PCB布线空间及射频调试时间的挑战,下沉到了入门级手机,打通了国产模组芯片的迭代升级路径。
射频模组芯片,不是一个新生的产品系列。事实上,射频模组芯片的使用几乎与LTE商业化同时发生。过去10年内,各种复杂的射频模组已经普遍应用在了各品牌的旗舰手机中;与此同时,在大量的入门级手机上,分立器件的方案也完全能够满足各方面的要求。因此在过去10年就出现了泾渭分明的两个市场:旗舰机型用模组方案;入门机型用分立方案。模组方案要求“高集成度和高性能”,因而价格也很高;而分立方案要求“中低集成度和中等性能”,售价相对而言就低不少。两种方案之间存在巨大的技术和市场差异,我们可以把这个称作4G时代的“模组鸿沟”。
4G时代的“模组鸿沟”
5G的到来,彻底改变了这个状况。
相比于4G入门级手机的2~4根天线,5G入门级手机的天线数目增加到了8~12根;需要支持的频段及频段组合也在4G的基础上显着增加。大家知道,射频元器件的数目,与天线数目及频段强相关,这就意味着射频元器件的数目出现了急剧地增长。与此同时,由于结构设计的要求,5G手机留给射频前端的PCB面积是无法增加的,因此分立方案的面积大大超过了可用的PCB面积。这是空间带来的约束。
还有一个挑战,来自于调试时间。4G使用分立器件方案的射频调试时间,一般在一周以内。随着5G射频复杂度的显着提升,假设使用分立方案,可能会带来3~5倍的调试时间增加;从成本上来讲,还需要消耗更贵的5G测试设备、熟悉5G测试的工程师资源。如果使用模组,大部分的调试已经在模组设计过程中在内部实现了,调试工作量将更多地移到软件端,因此调试效率大大提升。这是时间带来的约束。
时间和空间的约束,强烈而普遍。因此在入门级5G手机中,就天然出现了对“中低性能和高集成度”模组的需求,与旗舰手机的“中高性能和高集成度”模组形成了管脚统一。既然都需要高集成度的模组,只是指标要求不一样,这样国产的模组芯片就可以从“中低性能”(5G入门级手机)向“中高性能”(5G旗舰手机)迭代演进。因此,“模组鸿沟”便被填平了。
任何事情都是两面的。“模组鸿沟”被填平以后,分立市场的空间也出现了风险;对专长于分立芯片的本土企业来讲,也需要巨大的资源和力量去在模组产品中找到自身的位置;如果不能突破,就会在不远的未来进入到瓶颈阶段。
在5G的早期阶段,目前市场上也出现了一种混合方案,即用分立器件和模组混搭的方案。这个方案的出现,有很多客观的原因,其中就包括历史上形成的“模组鸿沟”。这种方案是妥协的产物,牺牲了一些关键指标,而且面积上也做了让步。如果没有专注做国产化模组的芯片公司,就不会有优秀的国产模组芯片;如果没有优秀的国产模组芯片,模组方案的价格永远高高在上。
滤波器技术简要分类
BAW 滤波器: 即体声波滤波器。具有插入损耗小、带外衰减大等优点,同时对温度变化不敏感,BAW滤波器的尺寸大小会随着频率升高而缩小,因此尤其适用于1.7GHz以上的中高频通信,在5G与sub-6G的应用中有明显优势。
SAW滤波器: 即声表面波滤波器。采用石英晶体、铌酸锂、压电陶瓷等压电材料,利用其压电效应和表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件。SAW滤波器具有性能稳定、使用方便、频带宽等优点,是频率在1.6GHz以下的应用主流。但存在插入损耗大、处理高频率信号时发热问题严重等缺点,因此在处理1.6GHz以上的高频信号时适用性较差。
LC型滤波器: 即电感电容型滤波器。LC滤波器一般是由滤波电容、电抗和电阻适当组合而成,电感与电容一起组成LC滤波电路。
射频模组简要分类
射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组,从而提高集成度和性能,并使体积小型化。根据集成方式的不同,主集天线射频链路可分为:FEMiD(集成射频开关、滤波器和双工器)、PAMiD(集成多模式多频带PA和FEMiD)、LPAMiD(LNA、集成多模式多频带PA和FEMiD)等;分集天线射频链路可分为:DiFEM(集成射频开关和滤波器)、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)等。
主集天线射频链路
分集天线射频链路
射频前端的“价值密度”
既然5G手机PCB面积是受限制的资源,同时我们需要在5G手机内“挤入”更多的射频功能器件,因此我们评价每一类型射频器件时,需要建立一个参数来进行统一描述,作为反映其价值与PCB占用面积的综合指标。
ValueDensity=(平均销售价格ASP)/(芯片封装大小)
接下来,我们使用VD值这个工具,分别分析一下滤波器、功率放大器、射频模组三类产品的情况。
1. 滤波器的VD值
首先说明一点,由于通常情况下滤波器还需要外部的匹配电路,实际的VD值比器件的VD值还要再低一些。我们先忽略这个因素。根据以上的数据,我们可以得到一些结论:从LTCC到四工器,VD值持续增加,从1.2到10.0,增加比较快速。
2. 功率放大器的VD值
根据以上数据,也可以看到: a) 从2G到4G,VD值从0.6增加到了1.5。b) 4G向CAT1演进的小型化产品,以及向HPUE或者Phase5N演进的大功率PA,VD值增加到了2附近。
3. 射频模组的VD值
根据以上数据,可以观察到: a) 接收模组普遍的VD值在5附近;b) 接收模组中的小封装H/M/L LFEM,VD值非常突出,大于10;c) 发射模组(除FEMiD以外),VD值在4~6之间;d) FEMiD具有发射模组最高的VD值。因此当FEMiD与VD值较低的MMMB PA混搭时,也能达到合理的PCB布图效率。
表格汇总的同时,我们也增加了技术国产化率和市场国产化率的参考数据。一般来讲,市场国产化率较低的、或者技术国产化率远远超过国产化率数字的细分品类,VD值会虚高一些。在本土相应产品市占率提高以后,未来还会有比较明显的降价空间。
射频发射模组的五重山
发射1: PA与LC型滤波器的集成,主要应用在3GHz~6GHz的新增5G频段,典型的产品是n77、n79的PAMiF或者LPAMiF。这些新频段的5GPA设计非常有挑战,但由于新频段频谱相对比较“干净”,所以对滤波器的要求不高,因此LC型的滤波器(IPD、LTCC)就能胜任。综合来看,这类产品属于有挑战但不复杂的产品,其技术和成本均由PA绝对掌控。
发射2: PA与BAW(或高性能SAW)的集成,典型产品是n41的PAMiF或者Wi-Fi的iFEM类产品,频段在2.4GHz附近。这类产品的频段属于常见频段,PA部分的技术规格有一定挑战但并不高。由于工作在了2.4GHz附近,频段非常拥挤,典型的产品内需要集成高性能的BAW滤波器来实现共存。这类产品由于滤波器的功能并不复杂,PA仍有技术控制力;但在成本方面,滤波器可能超过了PA。综合来讲,这类产品属于有挑战但不复杂的产品,PA有一定的控制力。
发射3: LowBand发射模组。LB (L)PAMiD通常集成了1GHz以下的4G/5G频段(例如B5、B8、B26、B20、B28等等),包括高性能功率放大器以及若干低频的双工器;在不同的方案里,还可能集成GSM850/900及DCS/PCS的2GPA,以进一步提高集成度。低频的双工器通常需要使用TC-SAW技术来实现,以达到最佳的系统指标。根据系统方案的需要,如果在LB PAMiD的基础上再集成低噪声放大器(LNA),这类产品就叫做LB LPAMiD。可以看到,这类产品的复杂度已经比较高:PA方面,需要集成高性能的4G/5GPA,有时候还需要集成大功率的2GPA Core;滤波器方面,通常需要3~5颗使用晶圆级封装(WLP)的TC-SAW双工器。总成本的角度来看(假设需要集成2GPA),PA/LNA部分和滤波器部分占比基本相当。LB (L)PAMiD是需要有相对比较平衡的技术能力,因此第三级台阶出现在了PA和Filter的交界处。
发射4: FEMiD。这类产品通常包含了从低频到高频的各类滤波器/双工器/多工器,以及主通路的天线开关;并不集成PA。FEMiD产品通常需要集成LTCC、SAW、TC-SAW、BAW(或性能相当的I.H.PSAW)和SOI开关。村田公司定义了这类产品,并且过去近8年的时间内,占据了该市场的绝对主导权。三星、华为等手机大厂,曾经或正在大量使用这类产品在其中高端手机中。如前文所述,有竞争力的PAMiD供应商主要集中在北美地区;出于供应链多样化的考虑,一些出货量非常大的手机型号,就可能考虑使用MMMB(Multi-Mode Multi-Band) PA加FEMiD的架构。MMMB PA的合格供应商广泛分布在北美、中国、韩国,而日本村田的FEMiD产能非常巨大(主要表现在LTCC和SAW)。又如前文所述,FEMiD的VD值非常高,整体方案的空间利用率也在合理范围内。
发射5: M/H (L)PAMiD。这类产品是射频前端最高市场价值也是综合难度最大的领域,是射频前端细分市场的巅峰。M/H通常覆盖的频率范围是1.5GHz~3.0GHz。这个频段范围,是移动通信的黄金频段。最早的4个FDDLTE 频段Band1/2/3/4在这个范围内,最早的4个TDD LTE频段B34/39/40/41在这个范围内,TDS-CDMA的全部商用频段在这个范围内,最早商用的载波聚合方案(Carrier Aggregation)也出现在这个范围(由B1+B3四工器实现),GPS、Wi-Fi 2.4G、Bluetooth等重要的非蜂窝网通信也都工作在这个范围。可以想象,这段频率范围最大的特点就是“拥挤”和“干扰”,也恰恰是高性能BAW滤波器发挥本领的广阔舞台。由于这个频率范围商用时间较长,该频率范围内的PA技术相对比较成熟,核心的挑战来自于滤波器件。
先解释一下为什么这段频率是移动通信的黄金频率。在很长的发展过程中,移动通信的驱动力来自移动终端的普及率,而移动终端普及的核心挑战在于终端的性能和成本。过高的频率,例如3GHz以上、10GHz以上,半导体晶体管的特性下降很快,很难做出高性能;而过低的频率,例如800MHz以下、300MHz以下,需要天线的尺寸会非常巨大,同时用来做射频匹配的电感值和电容值也会很大,在终端尺寸的约束下,超低频段的射频性能很难达到系统指标。简而言之,从有源器件(晶体管)的性能角度出发,希望频率低一些;从无源器件(电容电感和天线)的性能角度出发,希望频率高一些。有源器件与无源器件从本质上的冲突,到应用端的折衷,再到模组内的融合,恰如两股强大的冷暖洋流,在人类最波澜壮阔的移动通信主航道上,相汇于1.5~3GHz的频段,形成了终端射频最复杂也最有价值的黄金渔场:M/HB (L)PAMiD。多么地美妙!
这类高端产品的市场,目前主要由美商Broadcom、Qorvo、RF360等厂商占据。下图是Qorvo公司在其官方公众号上提供的芯片开盖分析。可以看到,该类产品包含10颗以上的BAW,2~3颗的GaAs HBT,以及3~5颗SOI和1颗CMOS控制器,具有射频产品最高的技术复杂度。该类产品通常需要集成四工器或者五/六工器这类超高VD值的器件。
M/H LPAMiD开盖图
射频接收模组的五重山
接收模组的五重山模型,如上图所述。
接收1: 使用RF-SOI工艺在单颗die上实现了射频Switch和LNA。虽然仅仅是单颗die,但从功能上也属于复合功能的射频模组芯片。这类产品主要的技术是RF-SOI,在4G和5G都有一些应用。
接收2 :使用RF-SOI工艺实现LNA和Switch的功能,然后与一颗LC型(IPD或者LTCC)的滤波器芯片实现封装集成。LC型滤波器适合3~6GHz大带宽、低抑制的要求,适用于5G NR部分的n77/n79频段。这类产品也是SOI技术主导,主要应用在5G。
接收3: 从接收3往上走,接收模组开始需要集成若干SAW滤波器,集成度越来越高。通常需要集成单刀多掷(SPnT)或者双刀多掷(DPnT)的SOI开关,以及若干通路支持载波聚合(CA)的SAW滤波器。封装方式上,由于“接收3”的集成程度还不极限,因此有多种可能的路径。其中国际厂商的产品主要以WLP技术为主,除了在可靠度及产品厚度方面有优势,主要还是可以在更高集成度的其他产品中进行复用。
接收4: 这类产品叫做MIMO M/H LFEM。主要是针对M/H Band的频段(例如B1/3/39/40/41/7)应用了MIMO技术,增加通信速率,在一些中高端手机是属于入网强制要求。看起来通信业对M/H这个黄金频段果然是真爱啊。技术角度出发,这类产品以RF-SOI技术实现的LNA加Switch为基础,再集成4~6个通路的M/H高性能SAW滤波器。国际厂商在这些频段已经开始普遍使用TC-SAW的技术,以达到最好的整体性能。
接收5: 接收芯片的最高复杂度,就是H/M/L的LFEM。这类产品以非常小的尺寸,实现了10~15路频段的滤波(SAW Filter)、通路切换(RF-Switch)以及信号增强(LNA),具有超高的Value Density值(10左右),在5G项目上能帮助客户极大地压缩Rx部分占用的PCB面积,把宝贵的面积用在发射/天线等部分,提升整体性能。这类产品需要的综合技能最高,也基本必须要用WLP形式的先进封装方式才能满足尺寸、可靠度、良率的要求。
总结
1.射频模组的核心要求是多种元器件的小型化及模组集成。
2.无论是发射模组还是接收模组,纯5G的模组是困难但不复杂,最有挑战也最具价值的是4G/5G同时支持的高复杂度模组。
㈨ 5G突围:国内率先启动,芯片自主可控是关键
回答市场疑虑:在各种不确定性背景下如何继续发展 5G 产业
我们认为 5G 发展应该分国内、国外分别看待。 华为、中兴在 5G技术与商用能力上领先全球,贸易等外部问题很难撼动华为在通信设备上的领先优势。
国内方面 ,工信部宣布近期将发放 5G商用牌照,体现了我国 5G建设进度没有受到明显影响。在牌照之后,运营商即可进行 5G商用,相比此前 2020年商用的目标,甚至会有所提前。网络的提前建设有利于华为,华为目前商用准备较充分,单月出货基站数已达 2万左右。而中兴也有望受益于国内 5G建设。诺基亚、爱立信在国内的 5G 建设中由于准备相对较慢,份额可能较低。
干货研报注: 本篇研报是6月5号发表的,但就在6月6号,我国直接发布了4张5G商用牌照,而不是4G时最初的试运营牌照,这将说明我们直接跳过5G试运营,直接进入大规模商用。这一个超预期的动作,也看出来了我们5G突围的决心。
国外方面 ,部分运营商如欧洲抉择是否采用华为 5G 设备将导致 5G 建设放缓,而日本等国放弃使用华为设备有可能导致华为 5G 份额下滑。 另外, 4G 网络由于海外存量较大,性价比高,替换成本高,因此华为在海外 4G 份额短期将不会明显下滑。
但 5G 网络的第一批建设主要围绕中美日韩,而欧洲等国家的 5G 本身并不紧迫,因此我们认为目前时点,我国 5G 的牌照对华为、中兴存在利好。但应跟踪美对于我国 5G 牌照可能做出的进一步反应。
图表 1: 通信基站结构
但5G 也带来了机遇与挑战,核心是:技术变革带动市场规模提升,半导体自主可控为突围重点
通信基站建设主要风险来自于 客户 与 供应链 两方面。我们认为中国5G 进展快于海外,利好国内产业链。但目前我国在半导体领域(芯片等)仍存在短板, 亟待自主可控。
机遇与挑战1:半导体领域自主可控为突围的主要方向。供应链角度,半导体领域存在短板,自主可控为解决方案。
中国大陆供应商在1)天线环节实力较强,2)在 PA/LNA、滤波器等射频前端拥有一定的市场地位、但仍有较大的进口替代空间。
3)国产替代空间较大的环节主要处于半导体领域,包括 PA、基带芯片、数字芯片、模拟芯片、电源芯片等。5G 相比 4G 的性能提升很大程度上依赖于芯片的设计和选用,我们认为芯片领域的自主可控是我国 5G 基站建设突围的重点。
机遇与挑战2:5G 特性带动 PCB、天线振子、PA、介质滤波器等基站器件需求提升。
5G 高频高速特点带动 PCB/CCL、天线、PA、滤波器的 材料与工艺发生变化 ,多通道/大带宽则主要带动 PCB、天线、PA、开关、滤波器等 用量显着提升。
全球通信设备市场规模随着技术的换代升级呈现波动趋势,而目前全球无线电信网络正在经历从 4G 向 5G 发展的转折点。随着 5G 建设期到来,市场规模出现提升趋势。
以基站及无线通信设备市场为例,Gartner 预测,从 2018 年起,全球无线设备市场规模将呈现提升趋势。根据 Gartner 的数据显示,2018 年通信设备市场中我国厂商华为、中兴市场份额排名领先,其中 华为排名第一,份额达到 27% 。
从技术方面来看,华为、中兴经过了 4G 时代的专业积累,在 5G 实现了技术反超。专利层面, 华为、中兴在 5G 专利比例方面排名全球第一和第五 。在商业化方面,中国企业也领先全球。19 年 5 月,华为宣布已经出货 5G 基站超过 10 万,中兴通讯 4 月也曾表示 5G 基站累计出货量超过 1 万站。
根据 GSA 统计,截至 4Q18,全球 4G 用户数达到 39.9 亿。全球 4G 在各洲的渗透率不同。而真正早期布局 5G 的国家主要将为韩国、美国、中国、日本、中东和欧洲部分国家等4G 渗透率较高国家。GSA 预测到 2023 年,全球预计有 13 亿 5G 用户。
截至 2019 年 4 月初,全球 4G 运营商 720 家,准备提供 4G 服务的运营商 116 家。5G 方面,88 个国家的 224 家运营商开启了 5G 网络的测试、试验、试商用或商用。其中试商用或商用的运营商达到 39 家,商用的运营商为 15 家。
华为 预计 2025 年全球将有 650 万个 5G 基站 、28 亿用户,覆盖全球 58%的人口。我们基于对产业链的调研和判断,认为 2019 年是 5G 基站出货的元年,而中国将成为未来三年5G 建设的主力。
► 中国: 三大运营商在全国各地的 5G网络建设热情高涨。北京截至 5月下旬建设了4700个 5G基站建设,年底将实现五环内 5G覆盖;上海电信 2019年将建设超过 3000 个 5G基站,到 2021年底建设 1万个 5G基站;广东截至 5月已建 5G基站超 14,200 个,其中广州 5G基站超过 7100个。广东移动在全省 21个地市已开通 5G网络;湖北移动 2019 年将在全省投资 10 亿元人民币,建设 2000 个 5G 基站;山东联通年内宣布在全省 16 地市正式开通 5G 试验网。
► 韩国: 三大运营商 KT、SK、LGU+ 2019年 4月 3日起开启了全国 5G运营,单月用户数突破 26 万。当时 LG U+共架设约 1.18 万个 5G 基站,主要供应商包括 华为 。而KT 和 SK 供应商包括 爱立信和三星 。
► 美国: 5G采用 28GHz、24GHz、37GHz、39GHz和 47GHz进行 5G部署。5月末美国完成了第二次频谱拍卖。目前美国的 5G主要用于家庭无线宽带接入。而近期美国FCC表示将批准国内第三大、第四大无线运营商 Sprint和 T-Mobile的合并。合并后的运营商在中频段将活动 130MHz带宽,可考虑用于 5G部署。美国目前 5G设备的提供商包括 爱立信、诺基亚和三星 。
► 日本: 5G 也在建设中,《朝日新闻》报道称,预计 2020年春天将提供服务。根据朝日新闻,日本三大运营商 NTTDocomoInc.,KDDICorp., SoftBankGroupCorp.以及新兴运营商乐天移动 RakutenMobileInc.将主要选择 爱立信、诺基亚、三星和本土公司 的 5G设备。
► 欧洲、中东: 部分运营商在进行 5G的试验和试商用过程。如欧洲运营商 Telia将在1-2个欧洲国家开展 5G服务。中东运营商 Etisalat1H19将会在 300个城市推出 5G 服务。
华为的角度, 通信设备产业链属于软硬件联合开发,目标是将板卡组合形成系统,通过测试实现商用。 而在板卡的设计制造中,原材料主要包括各类芯片和 PCB 板,通过代工的方式加工成商用板卡,而在 PCB 设计和芯片的设计过程中,需要使用 EDA 等软件开发环境。
目前国产替代空间较大的产业环节
►芯片环节: 基站通信系统的性能和稳定性的要求导致了其芯片选用十分苛刻。
►EDA等开发环境环节: 我们认为华为将主要通过现有已购软件实现生产。
►测试环境环节: 类似于 EDA 等开发环境,测试仪器仪表主要由海外厂商提供,但其中部分厂商如罗德史瓦茨等公司为非美国企业。
中国厂商如何应对
►短期依靠存货。 华为的芯片设计公司海思已经十分成熟,EDA、测试环境等规模已经可以支持现有研发。而芯片短板短期难以解决,需要通过存货的方式短期应对。但经历了 2018年中兴事件,华为在存货的准备上更加从容,原材料规模从 2017年末的 190 亿元提升至 2018 年末的 354亿元。以 FPGA为例,华为通过渠道不断积累FPGA 存货,导致 4FQ19,FPGA 提供商 Xilinx 通信板块收入达到 历史 最高水平。
►长期依靠国产化。 芯片的设计需要不断的投入和试错。而国内产业链也已经涌现出了一批可以在相关产业链提供备选方案的公司,通过不断打磨,国产化存在较大可能性。
4G 份额难以撼动
基站本身在中国移动等运营商的采购体系中被认为是非充分竞争领域,一个重要原因是现网基站需要不断维护、升级,难以更换现网基站供应商。华为在 4G基站领域排名前二, 服务运营商客户覆盖全球。目前情况难以判断持续性,现有 4G客户如更换供应商需要投入大量资本开支。对于华为的现有客户而言,客观上替换华为的基站存在一定难度。
另一方面,华为的产品在业内以高性价比闻名,在现有全球运营商增长乏力的背景下, 运营商客户主观上也不愿意放弃华为设备。一个典型的例子是沃达丰。沃达丰在其全球网络中选择了华为基站和核心网设备。但在贸易不确定性背景下,沃达丰不得不放弃华为的核心网设备,但保留其基站设备供应商资格。
对比 4 家主要无线厂商运营商板块各地区的业务结构,这里华为、中兴和诺基亚运营商业务不仅限于基站,光网络设备、IP 网络设备等产品也在其中。如果仅对比基站业务, 由于爱立信主要产品为基站产品,因此海外厂商占比应该略高。
中国区域 :市场规模为全球 31%。华为 2018 年占比 65%,市场稳定。
► 5G进度: 中国将于 2020年开启 5G建设,按照运营商最新的反馈 2020年正式开启5G商用的目标没有变化。而工信部表示,近期预计中国的 5G商用牌照将落地。随着年内 5G牌照的发放,我国网络建设将进入新阶段。中国移动 2019年即将在 40 个城市建设 5G网络。因此我国的 5G牌照发放没有受到华为事件的影响。
► 份额: 华为和中兴通讯作为本土供应商,2018年获得运营商市场份额超过 80%。而2018年中兴通讯二季度曾被美国发出 DenialOrder。然而爱立信、诺基亚的份额没有明显的提升。我国运营商和华为、中兴在研发等方面保持了紧密的合作,在 5G 领域的份额有望进一步提升。我国的 5G牌照近期发放,对技术领先厂商如华为、中兴进一步有利,因此牌照发放后如果建设速度加快,国内厂商的份额可能进一步提升。
亚太(不包括中国)区域: 市场规模为全球的 17%,华为 2018 年占比 45%,市场存在竞争。
► 5G进度: 不同国家 5G进度不一,领先者如日韩正在进行 5G建设,大部分国家正在进行 4G网络的建设和推广。5G建设需要等待时间。部分国家在 5G建设中可能考虑在华为事件落地后再进行 5G建设。此次事件无形中对 5G建设造成了影响。
► 份额: 可能由于贸易不确定性的影响,日本软银近期没有选择华为、中兴合作 5G 网络。因此日本没有同中国厂商合作。而韩国只有 LGU+选择了部分华为设备,其他运营商 SK、KT均没有和国内厂商合作,但韩国厂商并没有排斥华为的设备。两国基站的主要供应商为爱立信、诺基亚和三星。其他国家中,爱立信、诺基亚在澳大利亚、新加坡、越南等国份额较高;而华为、中兴通讯在柬埔寨、泰国、缅甸、孟加拉国等国份额较高。目前这些国家中没有明显受到华为事件的影响。目前这些国家还没有 5G 需求,4G 的选型部分原因在于华为和中兴设备的性能优异和价格适中。而长期发展中,这些国家的 5G 网络也预计将采用华为和中兴的设备。
其他区域: 市场规模为全球的 52%,华为 2018 年占比 39%,市场存在激烈竞争。
► 5G进度: 美国是 5G建设的先锋;欧洲的 5G建设类似于部分亚洲国家,存在因为贸易不确定性而短暂观望的情况,因此将对部分国家的 5G进度造成影响。部分国家如英国、德国、荷兰等欧洲国家仍然没有最后决定。近期英国运营商 EE采用华为5G设备进行了无线直播,获得良好效果。
► 份额: 华为在欧洲、中东和非洲市场 2018年营收 2045亿元人民币;美洲市场营收479 亿人民币。以上营收包含消费者业务和政企业务。华为事件有可能导致其中部分运营商在 5G 建设选择非华为的设备。 但由于华为在现网中的应用,部分国家难以瞬间转换。
注:标*公司为中金覆盖,采用中金预测数据;其余使用市场一致预期收盘价信息更新于北京时间 2019年 6月 4 日
半导体:5G 推动射频前端及基带芯片发展
半导体是基站的核心部件,是基站价值量占比最大的组成部分 。5G 宏基站主要以 AAU+ DU+CU 的模式呈现,其中 AAU 是原本的射频部分 RRU 叠加有源天线所组成,同时基带部分 BBU 分立成 CU 中央单元以及 DU 分布处理单元。
其中 AAU 主要半导体芯片隶属于模拟大类,如射频芯片(滤波器、功率放大器、射频开关等),而DU/CU主要以数字芯片为核心(如基带处理芯片等,具体形态为ASIC或FPGA)。DU/CU/AAU都配以电源管理芯片以保证供电持续稳定。基站内光纤传输,光电接口芯片同样必不可少。
随着 5G 基站的建设强度提升,基站用半导体市场也将迎来高速成长期。而根据 STMicro 的预测,2021 年单个基站内,射频相关/数字相关半导体价值占总半导体元素比重均达到32%,而高性能模拟及光电/功率及传感器价值占比分别为 26%/10%。
基站相关半导体国产化进展现状: 目前国内厂商在基站相关半导体器件实现了部分“自主可控”。
数字部分来看,1)国内主要的通信设备商华为、中兴在基站领域有多年经验, 已经均拥有 ASIC 自行设计能力,可以通过台积电等合作伙伴代工生产,
2)对于基带处理/接口用的 FPGA 芯片,目前主要依靠海外厂商供应,但设备商华为也在先前进行了大量的存货积累。我国 紫光同创、安路信息、高云半导体 分别都有商用产品推出,但产品性能及出货规模与 Xilinx、Altera、Lattice 等头部厂商仍存在巨大差距;虽然部分国内厂商有布局功率放大器业务,如苏州能讯(未上市)、三安光电(600703.SH),但基站供应商采购核心器件领域中国与海外仍然存在较大差距;
滤波器方面,风华高科(000636.SZ)、武汉凡谷(002194.SZ)生产的陶瓷介质滤波器已可以用于 5G 基站;
数模转换/电源管理芯片方面,随着技术实力的不断提高,圣邦股份(300661.SZ)在未来有望进一步切入基站侧市场。
光器件方面,目前低速(100G 以下)芯片已经实现国产替代,主要厂商涉及光迅 科技 (002281.SZ),昂纳光通信(0877.HK)等,但高速芯片仍然空缺。
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㈩ 华为5G有戏了国产5G射频芯片来了,可用于所有主流手机
众所周知,从P40系列开始,华为就只能推出4G手机了。其中最重要的原因,就是没有5G射频芯片,所以虽然P40系列中,有使用5G芯片麒麟9000,但依然也只能是4G手机。
从全球市场来看,2021年 Skyworks、村田、高通、Qorvo 和博通五大厂商共同占据了射频前端市场 84% 的份额,其中Skyworks 21%、村田 17%、高通 16%、Qorvo 15%和博通 15%,中国厂商占了大约10%左右份额。
而在5G射频芯片方面,国内的份额基本为0,全部是国外厂商垄断着的。国产厂商的份额,更多的还是集中在2G/3G/4G等领域。或者只在一些单独的细分项目上。
为何国内在5G射频芯片方面,没有什么建树? 原因在于5G射频器件涉及到的产业链众多,包含PA模组、FEM模组、AIP模组、分立滤波器、分离开关、分立LNA、天线tuner和RFIC等产品。
这些产品,需要的不仅仅是技术,还有时间、经验积累等,也需要一个完整的产业链,而国内厂商在本来就落后的情况之下,虽然奋起直追,不断努力,但一时之间确实也很难追上,要补的课比较多。
不过,近日有媒体报道称,国产芯片厂商富满微在互动平台表示,公司5G射频芯片产品可用于所有主流手机及模组平台方案,从选取工艺到设计水平均处于国内领先水平。
虽然富满微因为商业机密的关系,没有透露究竟是哪些厂商使用了,但之前已经有媒体表示,至少有3家国产手机厂商已经在洽谈测试了。
另外富满微的这个消息,也说至少可以说明其5G射频芯片,已经取得了巨大进展,可以解决华为手机的5G问题了。
考虑到当前5G射频芯片并不需要多么先进的芯片,更多的是成熟工艺制造的,所以也不会含太多的美国技术,可以不受长臂管辖的限制,向华为出货,也不需要美国的许可证。
所以我们可以预计,接下来华为很快就会推出基于国产5G射频芯片的5G手机了。
不过在搞定5G射频芯片的同时,华为还有另外一个问题要解决,那就是现在华为麒麟9000芯片的库存,估计不多了,高通提供的芯片又是4G的,还需要搞定5G芯片才行。