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华为P50“被迫”4G背后,中国射频手艺到底卡哪了?

admin2个月前36

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智器械(民众号:zhidxcom)

作者 | 云鹏

编辑 | 心缘

上周华为P50系列刚刚宣布,一部搭载麒麟9000顶级旗舰5G芯片的P50 Pro却只能作为4G手机用,宣布会上余承东苦笑背后的无奈,所有人都看在眼里。

有人说,P50系列之以是“被迫”4G,是由于5G射频芯片被卡了脖子。

华为在5G手艺方面的领先,让众人对中国的通讯手艺另眼相看,但今天美国牢牢卡住芯片供应,让华为的5G手机营业“呼吸难题”。

无论是手机、电脑,想要实现通讯都少不了基带芯片和射频芯片。虽然华为搞定了基带芯片,但射频芯片这个看似不起眼的品类,尤其是5G射频芯片,我们基本上要依赖入口。

最近,一位“早晨与苹果工程师吃早餐,下昼跟英特尔员工品茗”的业内人士曾透露,中国射频芯片产业,可能即将迎来一波“腾飞”的浪潮。

从海内头部射频芯片玩家卓胜微到中端射频PA芯片巨头唯捷创芯,再到国民飞骧、慧智微、汉天下,多家中国射频企业都在OPPO、荣耀、小米等公司的新机中有所动作。

华为P50被卡脖子诚然是遗憾的,但这或许正是国产射频芯片起步的良机。

随着华为和更多海内手机厂商增添对国产射频芯片的支持,中国射频芯片产业能否乘着中国5G智能手机普及这般快车崛起,从被美日巨头掠夺超八成的射频市场中“虎口夺食”?无疑成为了中国芯片领域的又一关注焦点。

一、与5G“相爱相杀”的射频厂商们

实在人人对于射频芯片的关注,离不开5G的快速生长。从2019年各国5G最先商用至今,5G智能手机的大规模普及无疑是通俗人感知最强的一点。

而5G智能手机的到来,也让射频芯片市场迎来了一次需求的发作。

在2G时代,一样平常手机需要支持的频段只有4个,一部手机上的射频芯片总价值约莫只有0.8美元。而到了4G时代,手机支持的频段数目一下增添到了最多30个左右,而单部手机的射频芯片总价值也靠近了20美元。

5G时代,一部手机需要支持多达50个频段,涉及的单台射频芯片价值也最高来到了40美元左右,要知道,一颗苹果A14芯片的成本也仅为40美元。可见5G对于射频芯片需求的动员作用是十分显著的。

▲苹果iPhone 12 Pro Max主板上的各种射频芯片,黄色为高通X55基带及其他射频系统模块,浅蓝色为安华高的射频PA芯片,深蓝色为村田电子的射频前端模组芯片,图片泉源:iFixit

为什么手机支持频段越多,射频芯片需求就越高呢?这与射频芯片的功效亲热相关。

实在射频芯片,简朴来说,就是认真吸收发信号的装置,它与基带芯片是协同作用的,射频芯片将信号吸收过来,交给基带芯片,基带芯片完成信号的转化,最终,无数无线电信号就成为了你手机屏幕上的一段新闻、一段语音或者图片。

▲手机发送(上图)和吸收(下图)信息时的大致通讯流程示意图,图片泉源:Skyworks

天空中时时刻刻都有无数的电波划过,若何准确的找到属于你的那条,将这条信号捕捉、放大、变得清晰,让基带芯片“听得更清晰”,这就是射频芯片要做的事情。

因此到了5G时代,手隐秘具备吸收50多个频段信号的能力,自然就需要有更多的射频芯片做支持。

详细来看,射频芯片主要分为天线开关(RF Switch)、滤波器(Filter)、低噪声放大器(LNA)和功率放大器(PA)这四大类。

▲射频芯片的主要类型

开关顾名思义,就是认真控制天线是吸收信号照样发射信号,尔后面几种射频芯片则是认真保留你需要的信号并举行“放大”。

据领会,5G时代,一部手机中仅仅是滤波器就需要80多个,而开关数目更是多达15个,相比之下,4G手机只需要最多40个滤波器,需求直接翻倍了。

也正由于这样的市场需求发作,让更多射频芯片厂商看到了时机,但另一方面,需求增添了,终端厂商们对于射频芯片产物自己的要求也更高了。

5G时代,射频芯片由于需要笼罩更多频段,它们需要知足的性能参数也随之增添,另一方面,射频芯片数目的增添又与智能手机轻薄化、低成本的需求相互矛盾,需要厂商们将射频芯片的“集成度”做的更高。

而这种集成化需求就促使射频芯片产物最先向“模组化”生长。

▲手机射频芯片封装工艺演进趋势,图片泉源:Yole Development

岂论是模组化的封装要求照样更严苛的工艺性能参数指标,都成为了射频芯片厂商们所面临的挑战,而这块广漠的新增市场又是它们的一次时机。所有厂商都在有所行动,中国本土厂商们都在这一刻起劲寻找着自己的突破口。

二、被日美巨头把控的射频芯片,到底难在那里?

之以是中国射频芯片厂商的提高引得行业云云关注,主要照样由于现在我们与外洋巨头之间的差距仍然异常大。

可以说,只要能通讯的装备,就离不开射频芯片,岂论是手机、电脑,照样各种IoT智能家电产物,就是这样一块广漠的市场,现在基本上被日本和美国企业牢牢把控。

在射频芯片市场中,TOP5厂商占有了八成以上的市场,而这五家公司中,排名第一的是日本村田电子(Murata),剩下第二到第五均为美国公司。

▲数据泉源:国海证券

这些美国公司人人也异常熟悉了,从第二名到第五名依次是思佳讯(Skyworks)、博通(Broadcom)、Qorvo和高通(Qualcomm)。

排名第一的日本村田电子,是射频芯片领域毋庸置疑的第一巨头,滤波器主要分为SAW滤波器和BAW滤波器,SAW滤波器更普及也占比更高,BAW滤波器更偏高端,而村田电子在SAW滤波器市场中一家就吃去了47%的市场,靠近一半。

思佳讯、博通和Qorvo则胜在在射频芯片领域险些实现了全产业链笼罩,产物品类异常完善,而且产物的模组化水平高,因此加倍顺应当下5G市场的需求。

在这些巨头绚烂的背后,是什么让他们走到了今天的市园职位呢?总体来,射频芯片领域的焦点手艺主要集中在芯片设计、芯片工艺和质料上,而中国射频企业与巨头的差距也恰恰体现在这三方面。

射频芯片在芯片设计层面跟我们熟知的CPU、GPU有很大差异,由于射频芯片要解决的问题现实上不是一个牢靠的或者说异常确定的。可以想象,在无数信号中寻找自己需要的信号,每一次面临的状态都纷歧样。

以是射频芯片要解决的问题是“动态”的,这就要求芯片设计要在种种物理指标的折中里去寻找相对的平衡,而这种平衡许多时刻还要取决于产物的现实应用需求,好比手机和汽车所需要的射频芯片需求就完全差异。

这就导致射频芯片需要设计者具备很厚实的履历,用设计领域行话来说,就是工程师的“Know-How”是重中之重。

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这对于这些老牌美日巨头来说并不是问题,由于在这些企业中,许多明星工程师已经在行业中摸爬滚打了十几年甚至数十年。

排名第一的村田电子,确立于1950年,而排名第二的思佳讯则确立于1962年,可以说,在半导体行业还没有形陋习模,在半导体手艺尚处于摇篮中的时刻,这些企业就已经先一步走在半导体行业中了。

巨头们除了有足够的时间培育人才,也通过早期的资源积累,拥有了收购吞并的能力,而一旦射频行业中泛起了新的手艺动向,而自身又“船浩劫掉头”或者未便于实时调整,他们就可以通过收购快速实现手艺和产物疆土的扩张。

村田电子在2014年斥资4.7亿美元收购了北美半导体厂商Peregrine,通过此次收购,村田电子快速取得了射频芯片领域先进的RF-SOI制程手艺。

美国思佳讯则加倍激进,从2007年到2021年完成了四次射频领域的收购或互助,先后收购了飞思卡尔的PA营业、SiGe半导体和Silicon Labs的基础设施和汽车营业,同时还与松下确立了合资公司结构SAW滤波器营业。

▲Skyworks 5G射频芯片模组产物示意图

排名第四位的Qorvo虽然是一家相对年轻的企业,确立于2015年,可它却是由美国TriQuint半导体和RF Micro Devices(RFMD)合并确立而来。

TriQuint半导体是那时全球最大的商用砷化镓晶圆代工供应商,砷化镓是射频芯片中异常主要的一种质料。而RFMD更是素有“射频PA芯片黄埔军校”之称,其在射频芯片行业中的职位可见一斑。

基于这样的资历靠山,这些美日老牌射频巨头可以说积累了大量的人才、手艺、专利资源,大量的手艺专利壁垒都成为了阻挡厥后者的门槛。

除了芯片设计,在射频芯片的工艺和质料方面,美日射频巨头们也优势显著。射频芯片所用到的质料是对照特其余,氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、锗硅(SiGe)等高端质料是非经常见的,而这些质料设计到的晶圆加工工艺也加倍专业和细分。

▲Skyworks的射频芯片产线

好比SOI工艺在射频开关市场的占有率到达了92%,然则在其他领域却鲜有应用,CMOS工艺则可以让射频、基频与存储器等组件加倍一体化的集成到一体,也加倍相符5G时代射频芯片模组化的趋势。

对于射频芯片来说,其最要害的两个指标是噪声系数和线性度,而这两个焦点指标与芯片工艺险些完全相关,工艺的利害就决议了芯片性能的优劣。

而且射频芯片领域的这些芯片工艺还存在了较多不确定性,差异于我们传统认知中的“硅片”晶圆代工。可能一根小小的封装引线带来的电感就会对射频芯片发生显著影响。

现在,射频芯片领域排名前四的美日巨头厂商,所有接纳了IDM的营业模式,也就是说从芯片研发设计到芯片生产制造全都把控在自己手里。

在这种模式下,这些巨头们对于芯片手艺、生产工艺的把控加倍牢靠,甚至对于先进生产工艺的产线装备都是单独定制的,这就增添了其手艺的门槛和壁垒。

▲Skyworks的射频芯片产线

三、射频芯片国产化替换,正在路上

在明确了差距后,眼光回到海内市场,中国射频芯片企业经由十年左右的沉淀,也陆续最先迎来自己的高光时刻。对于这些海内玩家来说,有许多起劲因素都成为了他们挑战巨头的优越基础,从手艺到市场,从人才到资源。

海内走在前线的射频芯片企业大多是从2010年前后最先发力,那是智能手机正在逐渐取代功效机的初期阶段,而厥后3G向4G的过渡也缔造出了更多射频芯片需求,从而让市场可以养活更多玩家。

市场,正是现在海 *** 频芯片玩家的焦点优势之一。现在在整个射频芯片市场中,手机和通讯模块市场约莫占有了80%以上,WiFi路由器和通讯基站划分占有了9%左右,余下的则是NB-IoT市场。

也就是说,手机和通讯是射频芯片的最主要市场,而中国的5G智能手机市场岂论从规模照样生长速率来说都遥遥领先于全球其他市场,5G基站的建设速率相比其他国家更可以用“一骑绝尘”来形容。

▲2020年1月到2021年6月,海内市场手机出货量情形

凭证海内三大运营商一季度数据,现在5G手机毗邻用户数已经突破了3.1亿,而停止今年3月,中国5G基站数目在全球5G基站总量中的占比跨越了70%。中国毋庸置疑地成为了全球最大的射频芯片市场。

而且当下随着半导体产能欠缺席卷整个科技产业,所有厂商都希望增强对供应链的把控,尤其是本土化供应已经成为了科技产业的事态所趋。岂论是苹果、英特尔照样大陆厂商都是云云。

在这种趋势下,中国射频企业也有了更多时机从中国射频芯片市场中分得更多的蛋糕。

从芯片手艺和质料工艺角度来看,海内厂商追赶的措施也在加速。好比在射频开关领域,卓胜微的产物已经可以做到与巨头们比肩的水平,据领会,现在他们在射频开关、低噪声放大器、滤波器、WiFi蓝牙等领域获得了63项专利。

在2011年左右,卓胜微将营业重点转向了射频芯片领域,在3G向4G转换的时代,他们通过射频开关和低噪声放大器产物占领了这一细分市场,并打出了自己的名堂。

在近十年的积累后,2020年年底,卓胜微在江苏无锡投资了8亿元建设半导体产业化生产基地,而该生产基地据领会将用于建设滤波器生产和射频模组封装测试生产线。也就是说,卓胜微将逐步构建自己的IDM营业模式。

▲卓胜微首创人兼CEO许志翰

现在,三星、华为、小米、vivo、OPPO等主流智能手机厂商都已经将卓胜微的射频芯片用于了自家产物中。固然,这些射频芯片主要用于搭载了联发科SoC的手机,由于高通的射频芯片通常与SoC打包出售。

值得一提的是,凭证卓胜微2020年财报数据显示,其2020年营收约28亿元,同比增进近85%,而净利润跨越10亿元,净利率约38.4%,而且卓胜微的毛利率延续六年维持在了50%以上。

相比之下,射频芯片市场份额排名第一的日本巨头村田电子,其2020年的营收约为900亿人民币,净利率约12%,排名第二的美国思佳讯,其营收约为214亿人民币,净利率约24%。

可以看到,虽然在营收规模上中外企业之间的差距还对照大,然则在盈利情形上我们甚至已经实现了反超,这就说明其营业正维持一个良性生长,资源也会随之积累,成为后续生长扩大的“弹药”。

除了卓胜微,唯捷创芯(Vanchip)作为射频PA芯片市场的龙头企业之一,现在在全球4G中低端PA市场中占有三成以上的份额。值得一提的是,唯捷创芯的首创人来自于PA芯片圈的黄埔军校,前文提到的RFMD。

▲应用于华为WiFi产物中的唯捷创芯VC7643 射频放大器,图片泉源:充电头网

在射频滤波器领域,大陆企业汉天下成为了海内第一个周全掌握BAW滤波器量产手艺的公司之一,而BAW滤波器也是滤波器中偏高端、工艺加倍庞大的产物。不外汉天下现在量产产物主要以低价产物居多,大客户不多,出货规模也对照有限。

除了这些显示对照突出的企业,像展锐、络达、韦尔股份等企业也都在射频芯片领域逐渐开拓者自己的市场。

由于现在海 *** 频芯片厂商都接纳的是Fabless的模式,因此国产芯片代工工艺就显得尤为要害,现在厦门三安集成已经掌握了砷化镓工艺,而SOI、CMOS等工艺,中芯国际已经可以实现,不外现在最前沿的锗硅工艺海内仍然相对空缺。

从国产射频芯片企业的崛起来看,岂论在手艺、人才照样资源上,我们都在逐渐积累,逐步遇上,虽然差距仍然是实打实的,但这些企业无疑都坚实地迈出了各自的措施。

凭证Yole Development展望,2025年全球射频芯片市场规模可能将到达254亿美元,而2019年这一数字仅为152亿美元,可见,5G的到来,简直给射频芯片市场注入了一针催化剂。

▲5G+AIoT时代,射频芯片需求将在各个领域加速发作,图片泉源:Skyworks

结语:SoC之外,更多芯片赛道都充满时机

可以看到,虽然芯片种类差异,但身处芯片行业,中国企业面临的难题却多有相似,集中在设计、工艺和质料上。这些要害环节卡了脖子,需要时间、资源、人力的投入去消解。

随着华为被禁,芯片自研关注度愈发高涨,但眼光更多聚焦于SoC芯片,但实在SoC芯片之外,如电源治理芯片、射频芯片等细分赛道,中国企业的身影都越来越多。

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