隨著2020年4月24日中國電信和中國聯(lián)通2020年5G SA新建工程無線主設備聯(lián)合集采的正式落槌,,加上數(shù)周前已經(jīng)揭曉答案的中國移動5G二期無線主設備集采,,中國三大運營商5G基站集采招標總額達到760億元,采購5G基站共計超52萬個,。這一數(shù)字與2020年4月23日工信部披露的,,即預計今年全年新建5G基站將超過50萬個這一數(shù)據(jù)完全吻合,。
“新基建”背景下的中國5G建設已經(jīng)駛?cè)氚l(fā)展的快車道,,那么將對半導體行業(yè),,尤其是需求量較大的射頻前端帶來什么影響,?又有哪些公司將充分享受這一巨大市場和技術(shù)紅利呢?
5G時代的射頻前端
首先,,讓我們看一下射頻前端究竟包含哪些核心器件。手機通信模塊主要由天線,、射頻前端,、射頻收發(fā),、基帶構(gòu)成,,其中射頻前端是指介于天線與射頻收發(fā)之間的通信元件,是終端通信的核心組成器件,,主要包括:濾波器,、LNA (低噪聲放大器),、PA (功率放大器)、開關(guān),、天線調(diào)諧等。
圖1:射頻前端構(gòu)成框圖(圖源:Qualcomm)
技術(shù)演進帶來新商機
大容量、廣覆蓋,、高帶寬,、低延遲是5G網(wǎng)絡的典型特征,為了實現(xiàn)速率和容量的升級,,大量技術(shù)被整合其中,比如Massive MIMO技術(shù),、載波聚合(CA)技術(shù)等,。
MIMO是一種使用多根天線發(fā)送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術(shù)。在5G Sub-6G中,,將增加更多的MIMO,,即從2×2提高到目前的4×4 MIMO。因此也會需要更多的天線和更多的獨立射頻通道,相應的射頻前端元件也會同步增加,,LNA、PA,、開關(guān),、濾波器等元器件的用量和價值都會有不同程度的增加,尤以高性能天線調(diào)諧和天線轉(zhuǎn)換開關(guān)的用量增幅最為明顯,。
載波聚合可將多個載波聚合成一個更寬的頻譜,,把不連續(xù)的頻譜碎片聚合到一起,達到提高傳輸速率和頻譜使用效率的目的,。從4G LTE 到4G LTE Advanced Pro,,載波聚合組合的數(shù)量呈指數(shù)級增長,頻段數(shù)從66個增加到1000多個,。5G帶來的載波聚合預計總頻段數(shù)將超過1萬個,,受此影響,天線開關(guān)和濾波器的數(shù)量將大幅增加,,PA和LNA的用量增長較少,,但與之匹配的開關(guān)數(shù)量有一定程度的增加,。
從2G到4G,,直至今天的5G,,每一代蜂窩技術(shù)的演進都會帶來射頻前端價值量的倍增,。根據(jù)Yole的分析 ,從2G到4G,,射頻前端單機價值量增長超10倍,而從4G到5G,射頻前端單機價值量的增長將超過3倍。其中,,濾波器的需求量增長最明顯,,市場空間翻倍。PA主要用于對發(fā)射的射頻信號進行功率放大,,若5G增加信號發(fā)射鏈路,就一定需要增加PA,。但是因為PA帶寬較寬,,可以多個頻段共用,,比如采用多模多頻的PA,,從絕對數(shù)量上來看,,PA的用量雖不及濾波器那么大,但價值量也有較大提高,。根據(jù)Yole的預測,PA的價值量將由2018年的44.5億美元增加到2022年的50億美元,。
對于全球射頻前端市場,,Yole給出的預測是,,將由2017年的151億美元,增加到2023年的352億美元,,年復合增長率達到14%。由此可見,,5G技術(shù)的升級和變化對射頻前端的器件數(shù)量和價值量的影響是無比巨大的,。
射頻前端市場格局分析
射頻前端半導體模塊化乃大勢所趨,。受設備和終端空間的限制,5G時代新增的射頻前端器件主要以模塊形式出現(xiàn),,模塊中集成的器件也越來越多,。
如前所述,5G時代,,射頻前端器件的整體需求量將有大幅增長,,但這種增長也是結(jié)構(gòu)性的,大體趨勢是:濾波器 > LNA/開關(guān)/調(diào)諧 > PA,。
濾波器,、開關(guān)等器件增幅很大,尤其是濾波器,,增速最快,貢獻了射頻前端70%的增量,。其中,SAW的增幅最大。這是因為,SAW濾波器目前在終端濾波器市場的占比高達73%,。
根據(jù)Qorvo的官方數(shù)據(jù),,Qorvo、Avago等美系廠商目前占有90%以上的BAW市場,,SAW則由村田為代表的日系廠商主導,。在供應格局方面,,BAW濾波器領(lǐng)域Avago的市占率約為60%,Qorvo的占比為30%,。而SAW濾波器,,村田占據(jù)了50%的份額,另外兩家日本供應商Taiyo Yuden和TDK次之,。
PA是射頻前端中的有源器件,,設計制造難度較大,,目前,Skyworks,、Avago,、Qorvo是PA市場的三大玩家,其中,,Skyworks居領(lǐng)先地位,,Avago和Qorvo分列第二、三位,,三家公司占據(jù)了全球手機PA市場的80~90%份額,,是名副其實的寡頭壟斷。
5G對PA提出了新的要求,,為了支持5G Sub-6G技術(shù),,PA的功耗控制、線性度,、結(jié)構(gòu)封裝中的熱管理都變得非常重要,。在工藝路線上,砷化鎵(GaAs)仍將是高端PA的首選技術(shù),,毫米波有望采用SOI PA,。雖然CMOS PA越來越成熟,但從參數(shù)性能上看,,它更適合較低端應用,。
手機中天線開關(guān)用量非常大,種類也很多,,按用途劃分有Tx-Rx開關(guān),、Atenna Cross開關(guān)、Rx開關(guān)等,。5G到來,,射頻開關(guān)也將迎來強勁的增長,。根據(jù)Yole的預測,,全球射頻開關(guān)市場將從2018年的14.5億美元增長到2025年23億美元,其中Rx / Tx開關(guān)的增長主要源于MIMO和CA技術(shù)的應用,。從技術(shù)上看,,SOI目前仍是射頻開關(guān)的首選技術(shù)。
天線調(diào)諧用量將大幅提升,。從4G到5G,,MIMO逐漸增加,頻段越來越多,,所用的天線數(shù)量急劇增加,,尤其是5G 4x4 MIMO或接下來的8x8 MIMO架構(gòu),,天線調(diào)諧開關(guān)用量成倍增加。權(quán)威分析機構(gòu)預計,,天線調(diào)諧開關(guān)市場將從2018年的4.5億美元增加到2025年的12.3億美元,。
目前,SOI,、RF MEMS是天線調(diào)諧開關(guān)的主流技術(shù),。今天占據(jù)調(diào)諧市場70%的Qorvo和Skyworks等大廠主要采用SOI技術(shù)。采用RF MEMS工藝的Cavendish Kinetics(CK)等廠商的市場份額也在逐漸提升,。
LNA市場將穩(wěn)步增長,。3G/4G時,部分LNA被集成在射頻收發(fā)中,,市場空間較小,,但從2017年開始LNA市場快速增長。LNA目前以SiGe工藝為主,,到毫米波階段,,基于SOI的LNA將成為主流。LNA的市場,,主要被Infineon Technologies (英飛凌) 和Skyworks占領(lǐng),。
5G將給天線數(shù)量、射頻前端模塊的價值量帶來翻倍的增長,。按照當前的市場和技術(shù)競爭格局,,美日企業(yè)處于絕對的壟斷地位。排名前五的企業(yè)包括Murata,、Skyworks,、Qorvo、Broadcom/Avago,、Qualcomm/TDK Epcos等,,這些射頻前端供應商以IDM為主。此外,,我們注意到,,在5G射頻前端市場,已經(jīng)有很多中國企業(yè)開始關(guān)注并進入這一市場,。