射频芯片千亿市场，国产企业如何突出重围？

　　来源 | 芯片超人（ID：icmaimai）
　　作者 | 彭洋洋
　　2011年及之前智能手机支持的频段数不超过10个，4G时代智能手机支持的频段数接近40个，5G应用支持的频段数量将新增50个以上，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将超过91个。因此，移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。
　　5G带来射频前端芯片高速增长，研报预测2025年射频前端市场将达到400亿美金，目前国内射频前端市场在全球的市占率仅有5%，是当下的短板更是国内芯片设计企业突围的重要机会。
　　慧智微电子市场总监 彭洋洋博士
　　在2020年举办的2020集成电路产业研讨会芯片设计分论坛上，慧智微电子市场总监彭洋洋博士介绍了5G射频前端市场概况，并结合慧智微电子的成功实践，为国内射频芯片企业提供了一些突围思路。芯片超人整理了全文，分享给大家。
　　慧智微电子成果：  实现过亿片可重构射频前端芯片出货； 2019年，国内首家（国际第二家）实现5G n77/79 L-PAMiF(Phase7)产品量产； 2019年全球可重构射频前端出货第一； 4G Phase2射频前端出货全球第四；
　　5G很火，大家看到很多文章、很多分析报告都在提5G，5G为什么火？
　　主要有两个原因：
　　第一个是5G市场趋势：未来5年增速明显。
　　Mobile Expert 2020 的数据显示，2020年之后4G（灰色线条） 开始变成存量市场份额开始往下掉，5G（黄色线条） 开始起量，2020年移动端出货量将达到2亿部，预测和今年的出货量基本相当，明年将会达到4亿部，2022年到6亿部。2025年5G终端会超过4G终端出货量，排名升至第一，5G在未来五年将保持高增长发展趋势。
　　第二个原因是一个终端需要多颗射频前端芯片。
　　把iPhoneX拆解后，可以看到AP和SoC芯片只有一颗；内存芯片存储容量不断变大，但是也只有一颗；基带芯片不断升级，4G兼容3G、2G，5G兼容4G、3G，也只有一颗。
　　但是射频前端芯片，会随射频制式的增加而倍数增加。由于不同制式的射频前端无法兼容使用，所以iPhoneX拆开会发现有多颗射频前端芯片。同理，在5G终端里，2/3/4G射频终端芯片，会在整个手机里面共存，所以对于射频前端芯片来说，随着频段、模式不断增加，射频前端芯片会快速增加。
　　5G终端快速发展，每一部手机使用的射频前端芯片数量也在不断增加，这是造成5G射频前端芯片市场份额不断增加的两个重要原因。
　　怎样增长？上图数据将射频前端市场和移动处理器、桌面服务器，内存市场作比较，2016年射频前端市场120亿美元，滤波器市场60亿美元。但到2020年射频前端芯片市场将直接翻一番，到2025年又翻一番整体有望达到400亿美金。以上是射频前端市场发展的基本逻辑和未来走向。
　　在集成电路市场占有率的比较中可以看到，在处理器市场，国内企业（联发科、展讯、海思等） 占据了38%的市场份额，而在射频前端市场，国内企业加起来只占市场容量的5%，这是一个由国外主导、高速增长的市场，国内市场有很大孕育头部公司的空间。
　　国内射频公司分别在做什么事情呢？以PA为例，主要企业有唯捷创芯 、紫光展锐 、飞骧、昂瑞微、慧智微 等，其中大部分规模出货厂商在2G/3G市场和4G单频市场聚集，部分规模出货厂商面向多频多模高阶通信制式4G/5G，慧智微国内也是第一家实现5G高集成射频前端模组芯片量产的公司。
　　为什么国内射频公司往高阶进发这么难？是因为和国际龙头企业竞争时，摆在国内企业面前有三个关口。
　　第一关是技术性能关，射频前端市场主要工艺是砷化镓（GaAs） 工艺，这个工艺在20年前走向成熟，并持续主导了这个行业近20年的时间。这就导致这个行业的领先的国际厂商有很强的＂马太效应＂，他们有很好的技术积累，有成规模的技术团队，使得国际厂商可以又快又好的推出产品；
　　第二关是成本关 ， 国外企业多是IDM模式，国内企业主要以Fabless(无工厂芯片供应商) 为主，国外厂商由于有自己的晶圆厂，并且有足够的量来支撑运营成本的降低，同样的实现方案下，国外企业要比国内企业成本低20%。如果国外厂商将毛利率控制在30%以内，加之15%的品牌溢价，国内企业恐无利可图；
　　第三关是专利关 ， 国外企业有20年以上的专利积累，龙头企业每一家基本都是几千项专利。由于射频前端近年来技术上的变革并不多，国外厂商在射频前端设计上就完成了封锁。
　　面对国际企业的竞争，国内公司如果想拿到主要份额，需要闯过以上三个关口（以慧智微为例） ：
　　在技术方面，慧智微采用可重构射频前端方案，来突破国际厂商给出的三个关口。
　　在射频前端方案实现的早期，PA主要采用分立方案，最早一个频率只能覆盖一个PA，成本高、面积大；
　　后来大家想到＂宽带共封＂的方案，即一个PA覆盖相近的3到4个频段，可以在一定程度上减少成本，但对于射频来说，覆盖3到4个频段已经达到极限。所以仍然需要较多的PA来实现全频段的覆盖。成本相对比较大，性能固化；
　　慧智微采取的可重构射频前端方案，PA在同一个时间段只覆盖一个频段，其他频段则通过软件调谐硬件的方式进行工作，成本更低，尺寸更小，并且支持软件升级。
　　在性能方面，可重构技术架构通过窄带调谐，实现性能的优化；在成本方面，链路复用根本性降低成本，在采购量不大时，已有成本优势；在专利方面，技术架构工艺创新，获得新基础专利，规避原有专利；
　　通过可重构的技术架构，慧智微实现了对性能关、成本关、专利关的三关突破。
　　在技术积累之上，慧智微也率先推出5G L-PAMiF服务，于2019年12月实现量产，目前实现5G L-PAMiF量产的仅有慧智微和射频领域龙头企业Skyworks（射频前端领域全球排名第一） 。
　　5G有很多新的频段：如Sub-6GHz主要频段: n41/77/78/79，77和79最难做，因为频率很高，需要多天线支持、双连接、大带宽等。
　　5G引入n77/n79新频段，给射频前端设计带来挑战
　　为了满足更高传输速率的需求，5G开始向更高的频率拓展。n77/n79频段作为5G全球部署的主力频段，载波频率范围从3.3GHz至5GHz。n77/n79两个频段的总带宽达到1500MHz, 是中低频全部可用带宽总和的2倍以上。更大的带宽带来了速度的提升，但同时也对芯片设计带来了挑战。n77/79频段射频前端的挑战主要在于： 更高的功率
　　为了保证信号覆盖问题，5G 终端的发射功率等级从PC3提升至PC2，即提升了3dB。对于射频PA设计来说，每提升1dB线性功率都是极大的挑战。 更大的带宽
　　n77的带宽/载波频率比达到24%，远高于n41的7.5%。对于高集成度的L-PAMiF方案，各个功能子模块都需要在宽带下，保证良好性能。 更高的散热
　　要求在高频功放设计中， PAE的提升受到很多限制。同时，5G NR定义了终端需支持上行占空比30%甚至更高，在PC2的发射功率要求下，PA的散热问题变得非常重要。 更高的集成度
　　要求n77/n79双频L-PAMiF集成低噪声放大器、功率放大器、滤波器、SRS切换开关，是目前5G集成度最高的商用芯片之一。
　　S55255系列产品是慧智微基于Agi5G 可重构射频前端平台开发的n77/n79射频前端模组： 支持n77/n79频段； 集成功率放大器PA、低噪声放大器LNA和射频收发开关； 集成滤波器，满足苛刻的带外抑制需求，以应对复杂的EN-DC场景和WiFi共存； 集成SRS输出开关，支持SRS快速切换； 集成天线切换开关，提高扩展能力； 全倒装设计，提升器件散热能力和射频性能； PA输出线性功率32dBm（MPR0） ，模组输出功率达28.5dBm，支持整机天线口26dBm PC2发射功率需求； 满足不同调制波形在协议规定回退条件下的线性和EVM指标； 支持LNA七级增益挡位，匹配平台接收需求； 支持1T4R/2T4R方案； 支持双MIPI v2.1(52MHz) ，兼容MIPI v3.0主要功能； 4.5x5.5x0.75mm小型化尺寸。
　　S55255产品框图
　　慧智微推出的5G射频前端整体解决方案中，4G部分使用的是MTK定义的Phase2方案，保证供应与成本；5G部分采用小型化集成的Phase7方案，保证性能与集成度。这套方案慧智微在2019年12月实现量产，并于2020年3月份实现支持实现5G终端批量量产。经过近半年的实践，慧智微5G产品已经完成三大平台（MTK、展锐、高通） 适配，已经完成了20个5G项目适配，掌握5G配置核心技术，可以帮助客户快捷实现5G配置和项目量产。
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