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为什么5G时代的射频前端开始大热?

来源:21世纪经济报道 2019-07-26 09:49中投投资咨询网 A-A+

  还记得数字电视之前时代的较早电视形态吗?在上世纪80年代,电视的调台还需要转动旋钮来捕捉信号实现。可能今天的大众会想不到,当年调台背后的底层技术,到了今天的5G时代,会成为元器件国产化替代的一个关键领域——滤波器。

  新一代通信技术的到来,将对底层电子元器件、整机终端、应用生态都带来新的技术挑战,当然这也意味着国产化机会。

  由于5G频段尤其是中高频频段的大幅增加、天线传输“通道变宽”等技术要求的变化,基于通信信号转换功能的射频器件市场被视作一个重点领域。无论从价值量还是需求数量来说,5G时代的射频前端芯片市场都将逐步呈现大幅增长态势。

  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,国内也尚未完全形成良好的生态共建。更有机构认为,射频领域的国产化替代处在初级阶段。

  不过近年以来,改变在快速发生。“以前国内市场并不太关注和了解射频等元器件市场,但现在可以说到了实现国产化替代的转折点。”在接受记者专访时,杭州左蓝微电子技术有限公司创始人张树民这样表示,随着国产厂商逐渐起量,国内目前在滤波器领域的技术力量和产品品质已经接近国外的水平,国产替代的态势正在形成。“但问题是,我们积累的研发可能还是不够。要做好产品才有可能赶上国外巨头的水准。”

  射频前端的5G机会

  为什么5G时代的射频前端开始大热?这要从这部分器件的效用说起。

  总体来说,射频的主要功能在于,将电磁波信号与二进制数字信号进行转换,让信息顺利实现从基站到终端的转换和呈现。这令射频成为通信时代的重要环节。

  而由射频各环节器件组成的部分被称为射频前端。具体来说,射频前端又分为发射和接收两条通路,前者涉及器件包括功率放大器(PA)、滤波器、天线开关等;后者则主要包括低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关和天线开关等。

  天风证券在研报中指出,射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。而5G标准下,现有的移动通信、物联网通信标准将统一,因此未来统一标准下的射频前端芯片产品,应用领域将进一步放大;同时,单个智能手机的射频前端芯片价值也将继续上升。

  集邦咨询(TrendForce)分析师张琛琛则向记者表示,5G由于新增中高频频段及MIMO(多输入多输出天线系统)技术等,对射频器件的数量需求大幅提升,这也是行业对射频领域关注度越来越高的原因。

  当然从技术角度,挑战也存在。她续称,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。

  关键滤波器市场

  滤波器环节的发展实际上受到历史因素影响。张树民向记者介绍道,市场中最早用到滤波器是在电视调台过程中,“电视调谐是SAW(声表面滤波器)器件第一次腾飞的地方。”但随着电视的普及甚至数字化,这种调频诉求不再,诸多从业人员相继转行。也正因需求受限,国内高校也鲜有相关专业,仅个别院所还有配备。

  “这方面我们基本空缺了10余年。”他表示,中国虽有军工机构一直在研究,但缺少市场竞争,进步也相对缓慢;但反观如今强势的美国和日本,历史上美国相关企业始终有与军工领域合作;日本企业则是苦苦挣扎、精耕细作而存活下来。这段时间内,产品品质高的企业得到更好地成长,反之则快速走向消亡,韩国也出现过类似情形。

  突破口出现在4G,相比3G,4G时代出现频率高但器件小的诉求特点,刚好符合滤波器产业在移动终端的应用,行业开始走向快车道。

  这也是为什么5G时代,滤波器的重要性大幅提高。从功能来说,滤波器主要是为移除部分信号、同时保留需要的频率分量而存在,目的在于消除频带间相互干扰。而相比前一通信时代,5G更丰富的频段无疑对此将有更多需求。尤其在多载波聚合技术的应用之下,会造成诸多频段同时工作并排列组合,这意味着滤波器的设计也将面对更多组合的复杂情形。

  技术要求必然也有提升。张树民介绍道,5G核心特点包括大带宽、高功率、频率密集以及对产品要求高。但对于滤波器设计而言,带宽、品质、耐功率性等方面实际上存在“跷跷板效应”,如何捕捉平衡点尤为重要。

  “材料、加工工艺、模型准确度、多种薄膜复合带来的影响等都要考虑在内。”张树民表示,在相关研发投入方面,国内在部分环节还有所缺失,比如“国外部分企业有专门的人才研究材料,会不断地将材料排列组合进行实验,以求实现更好的效果。但这在中国是很难看到的。”

  目前,滤波器主流技术包括SAW(声表面滤波器)和BAW(声体波滤波器)两种,前者略比后者早10余年出现。基于两种技术路线,也衍生出两种完全不同的企业份额表现。

  据天风证券统计,SAW滤波器市场来看,日本村田公司占据了47%的份额优势,其次分别是日本公司TDK和太阳诱电;BAW滤波器市场中,收购Avago公司后的博通已获取87%的绝对市场,份额第二位的Qorvo公司仅占比8%。

  有行业人士认为,二者会存在演进关系。不过张树民并不这样认为,他指出,目前两类技术仍呈齐头并进竞争态势,以头部公司为首的两大阵营都希望提升各自技术路线下的产品品质。

  这是源于二者适用的频率场景并不甚相同。在2GHz以下频段,SAW的价格更具优势,BAW的优势则在高频段领域。也正由于二者工艺、所用材料等大不相同,具备量产能力的代工厂也有一定差别。相对来说,SAW的生产工艺更加成熟,采用代工模式可行。“BAW技术国外、国内都有代工厂,但现在是爬坡阶段,仍需要提升能力。我预计未来1-2年内,国产代工厂的技术可以基本准备完备。”

  对于其中的国产化进程,张琛琛则向记者分析道,滤波器算中国射频厂商最为薄弱的领域之一。4G时代占主流的SAW滤波器,中国厂商才刚刚开启国产化进程,BAW的部分几乎空白,仅1-2家企业具备量产能力,但要成熟量产被客户大批量采用需要比较长的积累。

  “从滤波器跟国际厂商的技术水平对比来看,SAW已经比较弱了,BAW的部分差距可能还更大一点,毕竟BAW对工艺和设计的要求更高,且BAW几乎掌控在Avago、Qorvo等厂商手里,建立的技术壁垒和专利壁垒都比较高,短期突破挑战很大。”她这样表示。

  探路国产化生态构建

  从海外射频前端芯片领域的巨头发展来看,已经逐步形成集成化趋势。反观国内,还处在大量深耕细分领域市场的公司在探寻技术迭代的机会阶段。

  这也侧面显示出国内相关生态构建尚不完备。对此,张树民指出,滤波器相关技术虽然难度较大,但国外已有量产,且技术路线都已知,这意味着国产化一定可以实现。问题在于,要基于已知的解决路径挖掘创新专利,这样将来面对或有的国际化竞争,将成为一种利器。

  在近日举行的2019集微半导体峰会上,广州慧智微电子有限公司CEO李阳则指出,“国产尤其是头部厂商可以多做一步,比如苹果、三星对器件是有更多的投入,其他领域元器件过来会先评估,同时拆解你的半导体芯片做分析,国内一些头部公司已经在做。我觉得国产供应链的重要性凸显之后,这部分可以做起来,很多时候我们的客户都是不测评估板,只把这个产品直接放到板子上;此外是比价。其实更健康的做法,可以分析一下成本,这样可以优化资源投入,同时最终来真正扶持自己的合作伙伴。”

  开元通技术(厦门)有限公司董事长贾斌有类似观点,在峰会期间他表示,“我们希望本土头部的系统厂商真正多投一些资源,帮我们把器件的质量测试好,帮助告诉我们怎样提高。因为国内的系统厂商用海外的射频器件已经用了近二十年,积累了大量经验,我们也希望把边界打开,接受他们的指导,让元器件在设计、加工的时候把质量逐步做到客户可以接受的程度。”

  当然在泛在物联的5G时代,物联网无疑将对通信底层产业链带来更大发展空间,这是另一重国产化机遇。张琛琛向记者表示,物联网前端对射频器件的要求会比手机等产品低一些,应用也相对分散,因此国产化机遇更可期,但也受到应用是否能快速落地的潜在市场风险制约。

  张树民提供给记者的调研机构数据显示,到2023年,全球物联网蜂窝通信模组出货量将增加到12.5亿件,2G物联网模块被5G和非标替代。应用领域来看,车联网、智能电子通讯模组会有较大出货,未来超过50%的应用将落地在消费类、工业物联网和公共基础设施等。

  他指出,对滤波器行业来说,5G物联网确将有很大需求,但还要视具体应用而定。“总体来说,5G物联网领域的滤波器是价格低、功耗小、器件越少越好。将来甚至会部署到大家想象不到的地方。”张树民如此表示。

  据他介绍,左蓝微电子的期望是,当核心技术构建起来后,通过与产业链厂商合作的模式,共同推进模组生产,并针对不同应用领域提供解决方案。“面对新的通信技术变化,就有机会探索,如果新技术掌握得好,或许就有机会能超过原来的玩家。前提是要有相应的技术积累。”

关键词:电子元器件 5G
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