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翻不過這兩座山,中國芯就是對講機

2019-08-05
關鍵詞: 射頻 CPU 芯片 5G

即使是最自信的設計人員,對于射頻電路也往往望而卻步,因為它會帶來巨大的設計挑戰,并且需要專業的設計和分析工具,強大如華為搞得定CPU,也暫時無法在射頻芯片有所建樹。

2015年5月19日,美國司法部網站公布,天津大學教授某教授16日從中國飛到美國洛杉磯入關時被警方逮捕,并被當地法院以涉嫌經濟間諜罪起訴。美國檢方稱,該教授在南加大獲得電子工程博士學位,在求學期間,他參加了由美國國防高級研究計劃署資助的研究項目,開展薄膜體聲波諧振器(FBAR)技術的研發工作,這項技術主要用于包括手機、平板電腦在內的移動設備,過濾不必要的信號。在獲得博士學位后加盟了思佳訊(Skyworks)。這家公司為美國軍方提供安全通訊裝備,同時也為蘋果公司的iPhone提供部件。但是,該教授成立了自己的公司,使用竊得的技術生產制造FBAR濾波器,產品提供給了中國客戶。

誰是思佳訊(Skyworks)?

射頻前端領域設計及制造工藝復雜,門檻極高,現階段全球射頻前端芯片市場大的集中度比較高,主要被博通,Skyworks,Qovro等美國企業占據,而思佳訊(Skyworks),Qovro兩家公司幾乎壟斷了應用到5G基站和手機的高端射頻PA、濾波器市場,國內廠商還無法進行替代。

思佳訊通訊技術發展公司(Skyworks)成立于1962年,總部位于美國馬薩諸塞州,主要從事包括全球知識產權在內的專有半導體產品的設計、開發、制造和銷售。射頻元件龍頭,手機射頻供應商,主營方向為射頻前端產品,包括射頻功率放大器即RF PA、各種濾波器、混頻器、衰減器等,全球前10大手機廠家都是其主要客戶,思佳訊牢牢把握著高端射頻的統治地位。

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扼住華為咽喉的另一座大山

此前根據東京研究機構Fomalhaut Techno Solutions的數據顯示,按成本來算的話,華為P30 Pro中62%的零部件是由中國以外的公司生產的;其中有38.1%來自中國大陸,16.3%來自美國,而經過美國禁令之后,華為在最新發布的Mate 20X 5G版本對國外的依賴度更低了一步。

根據 iFixit 對華為 Mate 20 X 5G做了拆解,Mate 20 X 5G的SoC、電源、音頻、Wi-Fi、射頻收發、充電,都是華為自家芯片 ,華為手機用上自研的配置占比率進一步加大,而在非國產的配件中,射頻芯片赫然在列,而且都是由思佳訊(Skyworks)和Qorvo提供的,強大如華為也暫時無法在射頻芯片有所建樹,可見射頻芯片的門檻極高。

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綠色:Skyworks 78191-11用于WCDMA / LTE的低頻前端模塊

天藍:HiSilicon Hi6526 PMU

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紅色:Qorvo 77031 4T8R中/高頻段模塊

橙色:HiSilicon Hi63650

黃色:HiSilicon Hi6421電源管理IC

綠色:HiSilicon Hi1103 Wi-Fi模塊

天藍色:HiSilicon Hi6D03

與Skywork這種老資格相比,另一家射頻巨頭Qorvo則顯得很年輕,其在2015年由TriQuint 和RFMD 兩家公司合并成立,兼具 RFMD 和 TriQuint 的技術、集體經驗和智慧資源,是移動、基礎設施和國防應用領域可擴展和動態 RF 解決方案的全球領導者。

Qorvo 在射頻產品領域提供商中占據領導地位, 在終端功率放大器市場,形成了Qorvo、Skyworks和Avago三家企業寡頭競爭的局面,因為GaAs/GaN化合物PA具有獨特的工藝和較高的技術門檻,三家企業合計占據了90%以上的市場份額。在射頻開關方面Skyworks和Qorvo則占據了整個市場的大半江山。

Qorvo 著重定位于高端射頻濾波器產品,憑借其BAW 濾波器技術與Broadcom共同占據BAW 濾波器市場。Qorvo推出業界首款具有5G功能的射頻前端,與全球領先的芯片組供應商密切合作開發超高速4G LTE,LTE-A和5G連接,在5G射頻方面始終走在最前面。

得終端者得天下

射頻芯片的發展離不開智能手機普及,2G時代,手機的頻段數是4,3G時代變為6,目前4G千元機頻數是8-20,其套片價格也從0.8美元攀升至3.25美元,再到如今的8-10美元,隨著移動終端的不斷升級,射頻芯片數量與價格都在不斷上升,到5G時代,頻段數將達到50,單個手機終端對射頻套件的需求也將達到25-40美元,這價格將很可能超過手機主芯片。

在2009年至2010年期間,思佳訊公司受益于多頻段通信產業走向高端手機市場,業績以每年17%的增長率穩步向前,從2012年起,在中國地區每年的銷售額超過其全球年銷售額的50%。2018年高盛公司根據2017財年數據,統計得出了41家對中國市場依賴度最高(依營收占比計算)的美國公司,根據統計結果顯示,兩大射頻廠商對中國市場依賴度最高,思佳訊84%的占比蟬聯“狀元”寶座,Qorvo 則以71%的占比位居探花,兩大射頻廠商作為華為的主力供應商,也占據重要地位,Qorvo有11%的營收是來自華為,思佳訊則有12%的營收來自華為,2018年,思佳訊和Qorvo芯片各有4.5億美元營收來自華為,這一組數字后邊積極意義是,華為在對射頻廠商來說是不可或缺的大客戶,但反過來說,在射頻芯片領域,目前還沒有能夠進行國產替代。

射頻芯片的難題

經驗積累:射頻芯片設計需要的理論知識真的是非常多,而且射頻芯片的設計存在各種指標的折中均衡,所以需要豐富的經驗積累。

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工藝要求:很多射頻芯片的指標要求都是要挑戰工藝極限,這就需要很多創新性的電路結構,此外還有工藝及封裝的物理限制或者模型的不準確性導致的難題。

器件的射頻精確模型是業內的一大難題,頻率越高偏差會越大,還有一些器件特性難以建模。以上所說的基本都還是單個功能模塊電路在設計上會遇到的難題,到整個復雜芯片的總版圖及封裝設計階段還有很多其它難題,總之,寡頭公司利用技術優勢和規模效應,形成了較深的護城河,具有極強的盈利能力。

廣闊的前景

根據 QYR Electronics Research Center 統計, 2011 年以來全球射頻開關市場持續增長, 2018 年全球市場規模 16.54 億美元, 預計 2023 年市場將達 35.6 億美元, 2018-2023 年復合增長率達 16.55%。根據測算, 2019-2023 年智能手機出貨量從 16 億增長到 18 億, 射頻開關單機數量從 6 個增長到 14 個,平均單價從 0.16 美元降至 0.12 美元,對應市場將從 2019 年的 15.4 億 美元增至 2023 年的 30.2 億美元,年均復合增速高達 18%。

國產替代

目前全球射頻芯片公司數量超 1 萬家, 其中射頻開關公司有 80 多家。射頻開關龍頭公司包括美國的 Skyworks、 Qorvo、 Broadcom 和日本的 Murata 等, 4 家公司合計占據全球射頻開關市場份額的 77%,其射頻開關產品覆蓋高端機型,比如蘋果 iPhone X/XS Max/XR、 三星 Galaxy 系列、華為 Mate 系列等。卓勝微作為全球第五大、國內第一大射頻開關公司,產品以中低端機型 為主,目前已取得全球 5%市場份額,率先實現國產突破;并且隨著與客戶合作的加深,其份額有望繼續擴大。

另外紫光集團在 2018 年 7 月即與法國智能卡芯片制造商 Linxens 簽署并購協議,以 22 億歐元收購 Linxens ,是近 2 年來紫光集團最重要的海外并購, Linxens同時也是法國射頻龍頭,收購Linxens對紫光發展射頻業務具有積極意義。

射頻芯片代工方面,國內僅有三安光電和海威華芯開始涉足化合物半導體代工。三安光電旗下的三安集成電路有限公司,業務涵蓋前端射頻、電力電子及光通訊等通訊微電子領域芯片的研發、代工及服務,是國家集成電路大基金重點支持的化合物集成電路芯片制造企業,也是國內首家面向射頻、高功率商用的化合物半導體制造廠商。

海威華芯為海特高新控股的子公司,與中國電科29所合資,目前具有GaAs 0.25um PHEMT工藝制程能力。


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