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5G時代迎射頻風口:更高技術要求下的國產化生態之路

2019年7月26日 08:20  21世紀經濟報道  

在當前國際形勢下,國產化替代之路成為更加迫切的話題,面向5G時代的元器件領域亦如是。

還記得數字電視之前時代的較早電視形態嗎?在上世紀80年代,電視的調臺還需要轉動旋鈕來捕捉信號實現。可能今天的大眾會想不到,當年調臺背后的底層技術,到了今天的5G時代,會成為元器件國產化替代的一個關鍵領域——濾波器。

新一代通信技術的到來,將對底層電子元器件、整機終端、應用生態都帶來新的技術挑戰,當然這也意味著國產化機會。

由于5G頻段尤其是中高頻頻段的大幅增加、天線傳輸“通道變寬”等技術要求的變化,基于通信信號轉換功能的射頻器件市場被視作一個重點領域。無論從價值量還是需求數量來說,5G時代的射頻前端芯片市場都將逐步呈現大幅增長態勢。

據法國調研機構Yole的預計,受益5G,射頻前端市場有望從2016年101.1億美元增長到2022年的227.8億美元,6年復合增速14.5%。其中,濾波器變動最大,規模52.08億美元增長到163億美元。

但目前這仍是一個海外巨頭占據強勢份額的領域,部分環節的國產替代進程仍需時日,國內也尚未完全形成良好的生態共建。更有機構認為,射頻領域的國產化替代處在初級階段。

不過近年以來,改變在快速發生。“以前國內市場并不太關注和了解射頻等元器件市場,但現在可以說到了實現國產化替代的轉折點。”在接受21世紀經濟報道記者專訪時,杭州左藍微電子技術有限公司創始人張樹民這樣表示,隨著國產廠商逐漸起量,國內目前在濾波器領域的技術力量和產品品質已經接近國外的水平,國產替代的態勢正在形成。“但問題是,我們積累的研發可能還是不夠。要做好產品才有可能趕上國外巨頭的水準。”

射頻前端的5G機會

為什么5G時代的射頻前端開始大熱?這要從這部分器件的效用說起。

總體來說,射頻的主要功能在于,將電磁波信號與二進制數字信號進行轉換,讓信息順利實現從基站到終端的轉換和呈現。這令射頻成為通信時代的重要環節。

而由射頻各環節器件組成的部分被稱為射頻前端。具體來說,射頻前端又分為發射和接收兩條通路,前者涉及器件包括功率放大器(PA)、濾波器、天線開關等;后者則主要包括低噪聲放大器(LNA)、濾波器、射頻開關和天線開關等。

天風證券在研報中指出,射頻前端芯片市場規模主要受移動終端需求的驅動。而5G標準下,現有的移動通信、物聯網通信標準將統一,因此未來統一標準下的射頻前端芯片產品,應用領域將進一步放大;同時,單個智能手機的射頻前端芯片價值也將繼續上升。

集邦咨詢(TrendForce)分析師張琛琛則向21世紀經濟報道記者表示,5G由于新增中高頻頻段及MIMO(多輸入多輸出天線系統)技術等,對射頻器件的數量需求大幅提升,這也是行業對射頻領域關注度越來越高的原因。

當然從技術角度,挑戰也存在。她續稱,由于5G的新增頻段屬于中高頻頻段,對器件的性能和技術要求都會提升。“比如移動端由于新增頻段對濾波器的需求就需要插入損耗更小和Q值更高的BAW(聲體波濾波器)濾波器支持;基站特別是宏基站的部分則需要GaN(化合物半導體:氮化鎵)的PA來支持。因此整體來說,對射頻器件廠商的技術水平要求會更高。”

張琛琛認為,射頻領域的國產化進程已經在前幾年啟動,目前在2G、3G領域,PA國產化水平很高,4G剛啟動;開關等產品技術的規格與國際差距不大;但濾波器的國產化則非常薄弱。

值得注意的是,恰恰是射頻前端中占比最大的部分,也是國產化相對薄弱的地方。據Yole預計,到2023年,手機終端射頻器件整體市場規模中,濾波器占比最大,將達60%;PA將占比21%,是其中兩個規模較大的市場。

關鍵濾波器市場

濾波器環節的發展實際上受到歷史因素影響。張樹民向記者介紹道,市場中最早用到濾波器是在電視調臺過程中,“電視調諧是SAW(聲表面濾波器)器件第一次騰飛的地方。”但隨著電視的普及甚至數字化,這種調頻訴求不再,諸多從業人員相繼轉行。也正因需求受限,國內高校也鮮有相關專業,僅個別院所還有配備。

“這方面我們基本空缺了10余年。”他表示,中國雖有軍工機構一直在研究,但缺少市場競爭,進步也相對緩慢;但反觀如今強勢的美國和日本,歷史上美國相關企業始終有與軍工領域合作;日本企業則是苦苦掙扎、精耕細作而存活下來。這段時間內,產品品質高的企業得到更好地成長,反之則快速走向消亡,韓國也出現過類似情形。

突破口出現在4G,相比3G,4G時代出現頻率高但器件小的訴求特點,剛好符合濾波器產業在移動終端的應用,行業開始走向快車道。

這也是為什么5G時代,濾波器的重要性大幅提高。從功能來說,濾波器主要是為移除部分信號、同時保留需要的頻率分量而存在,目的在于消除頻帶間相互干擾。而相比前一通信時代,5G更豐富的頻段無疑對此將有更多需求。尤其在多載波聚合技術的應用之下,會造成諸多頻段同時工作并排列組合,這意味著濾波器的設計也將面對更多組合的復雜情形。

技術要求必然也有提升。張樹民介紹道,5G核心特點包括大帶寬、高功率、頻率密集以及對產品要求高。但對于濾波器設計而言,帶寬、品質、耐功率性等方面實際上存在“蹺蹺板效應”,如何捕捉平衡點尤為重要。

“材料、加工工藝、模型準確度、多種薄膜復合帶來的影響等都要考慮在內。”張樹民表示,在相關研發投入方面,國內在部分環節還有所缺失,比如“國外部分企業有專門的人才研究材料,會不斷地將材料排列組合進行實驗,以求實現更好的效果。但這在中國是很難看到的。”

目前,濾波器主流技術包括SAW(聲表面濾波器)和BAW(聲體波濾波器)兩種,前者略比后者早10余年出現。基于兩種技術路線,也衍生出兩種完全不同的企業份額表現。

據天風證券統計,SAW濾波器市場來看,日本村田公司占據了47%的份額優勢,其次分別是日本公司TDK和太陽誘電;BAW濾波器市場中,收購Avago公司后的博通已獲取87%的絕對市場,份額第二位的Qorvo公司僅占比8%。

有行業人士認為,二者會存在演進關系。不過張樹民并不這樣認為,他指出,目前兩類技術仍呈齊頭并進競爭態勢,以頭部公司為首的兩大陣營都希望提升各自技術路線下的產品品質。

這是源于二者適用的頻率場景并不甚相同。在2GHz以下頻段,SAW的價格更具優勢,BAW的優勢則在高頻段領域。也正由于二者工藝、所用材料等大不相同,具備量產能力的代工廠也有一定差別。相對來說,SAW的生產工藝更加成熟,采用代工模式可行。“BAW技術國外、國內都有代工廠,但現在是爬坡階段,仍需要提升能力。我預計未來1-2年內,國產代工廠的技術可以基本準備完備。”

對于其中的國產化進程,張琛琛則向記者分析道,濾波器算中國射頻廠商最為薄弱的領域之一。4G時代占主流的SAW濾波器,中國廠商才剛剛開啟國產化進程,BAW的部分幾乎空白,僅1-2家企業具備量產能力,但要成熟量產被客戶大批量采用需要比較長的積累。

“從濾波器跟國際廠商的技術水平對比來看,SAW已經比較弱了,BAW的部分差距可能還更大一點,畢竟BAW對工藝和設計的要求更高,且BAW幾乎掌控在Avago、Qorvo等廠商手里,建立的技術壁壘和專利壁壘都比較高,短期突破挑戰很大。”她這樣表示。

探路國產化生態構建

從海外射頻前端芯片領域的巨頭發展來看,已經逐步形成集成化趨勢。反觀國內,還處在大量深耕細分領域市場的公司在探尋技術迭代的機會階段。

這也側面顯示出國內相關生態構建尚不完備。對此,張樹民指出,濾波器相關技術雖然難度較大,但國外已有量產,且技術路線都已知,這意味著國產化一定可以實現。問題在于,要基于已知的解決路徑挖掘創新專利,這樣將來面對或有的國際化競爭,將成為一種利器。

在近日舉行的2019集微半導體峰會上,廣州慧智微電子有限公司CEO李陽則指出,“國產尤其是頭部廠商可以多做一步,比如蘋果、三星對器件是有更多的投入,其他領域元器件過來會先評估,同時拆解你的半導體芯片做分析,國內一些頭部公司已經在做。我覺得國產供應鏈的重要性凸顯之后,這部分可以做起來,很多時候我們的客戶都是不測評估板,只把這個產品直接放到板子上;此外是比價。其實更健康的做法,可以分析一下成本,這樣可以優化資源投入,同時最終來真正扶持自己的合作伙伴。”

開元通技術(廈門)有限公司董事長賈斌有類似觀點,在峰會期間他表示,“我們希望本土頭部的系統廠商真正多投一些資源,幫我們把器件的質量測試好,幫助告訴我們怎樣提高。因為國內的系統廠商用海外的射頻器件已經用了近二十年,積累了大量經驗,我們也希望把邊界打開,接受他們的指導,讓元器件在設計、加工的時候把質量逐步做到客戶可以接受的程度。”

當然在泛在物聯的5G時代,物聯網無疑將對通信底層產業鏈帶來更大發展空間,這是另一重國產化機遇。張琛琛向記者表示,物聯網前端對射頻器件的要求會比手機等產品低一些,應用也相對分散,因此國產化機遇更可期,但也受到應用是否能快速落地的潛在市場風險制約。

張樹民提供給記者的調研機構數據顯示,到2023年,全球物聯網蜂窩通信模組出貨量將增加到12.5億件,2G物聯網模塊被5G和非標替代。應用領域來看,車聯網、智能電子通訊模組會有較大出貨,未來超過50%的應用將落地在消費類、工業物聯網和公共基礎設施等。

他指出,對濾波器行業來說,5G物聯網確將有很大需求,但還要視具體應用而定。“總體來說,5G物聯網領域的濾波器是價格低、功耗小、器件越少越好。將來甚至會部署到大家想象不到的地方。”張樹民如此表示。

據他介紹,左藍微電子的期望是,當核心技術構建起來后,通過與產業鏈廠商合作的模式,共同推進模組生產,并針對不同應用領域提供解決方案。“面對新的通信技術變化,就有機會探索,如果新技術掌握得好,或許就有機會能超過原來的玩家。前提是要有相應的技術積累。”

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編 輯:章芳
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