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射頻前端芯片研發(fā)投入分析

國內(nèi)與海外的差距及影響
2025-01-20
來源:集微網(wǎng)

在當今的通信技術(shù)領(lǐng)域,,射頻前端設(shè)計至關(guān)重要,它是實現(xiàn)無線信號收發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),,其性能直接影響著通信設(shè)備的質(zhì)量和用戶體驗,。射頻前端設(shè)計公司由于產(chǎn)品具有技術(shù)密集、更新?lián)Q代快等特性,,需要持續(xù)的高研發(fā)投入來保持競爭力,。

射頻前端芯片產(chǎn)品涉及多種復(fù)雜技術(shù),如濾波器,、功率放大器,、低噪聲放大器等的設(shè)計與制造工藝。這些技術(shù)不僅要滿足不斷提升的通信標準,,如從4G 到 5G 乃至未來 6G 的演進,,還要適應(yīng)各類終端設(shè)備小型化、多功能化的需求,。每一次技術(shù)的升級和應(yīng)用場景的拓展,,都要求對產(chǎn)品進行重新設(shè)計和優(yōu)化,需要不斷投入開發(fā)新的芯片設(shè)計方案以滿足變化的市場需求,,這無疑需要大量的研發(fā)資源投入,。

國內(nèi)外射頻前端廠商研發(fā)投入存在巨大差距

然而,目前國內(nèi)射頻前端設(shè)計廠商在研發(fā)投入水平上與國外領(lǐng)先廠商存在顯著差距,。像Skyworks,、Qorvo、Murata 等海外巨頭,,長期以來都將大量資金投入到研發(fā)中,,可以說,在研發(fā)投入層面,,海外老牌射頻前端廠商展現(xiàn)出壓倒性優(yōu)勢,。例如,Skyworks,、Qorvo,、Murata等海外老牌射頻前端廠商,每年研發(fā)投入在40億~60億人民幣,,是國內(nèi)射頻前端廠商投入的10倍還多,,這個水平的投入動輒已經(jīng)超過國內(nèi)最頂尖射頻廠商卓勝微的營業(yè)收入規(guī)模。如此巨額資金,,為其技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品迭代構(gòu)筑堅實根基,。相較而言,國內(nèi)廠商受限于資金規(guī)模與營收體量,,研發(fā)投入捉襟見肘,。這使得國內(nèi)廠商在前沿技術(shù)探索、基礎(chǔ)研究突破方面面臨重重困難,,技術(shù)追趕之路漫長而艱辛,。

此外,不同定位射頻廠商的研發(fā)支出占比也存在一些規(guī)律性差異,。據(jù)筆者統(tǒng)計,,主攻發(fā)射側(cè)的Qorvo和唯捷創(chuàng)芯的研發(fā)支出占營收的比重常年在15%以上,慧智微更是達到50%以上,,猜測在國際一線品牌客戶大規(guī)模出貨的昂瑞微這一比例也不低,。而相比之下,,差異化定位于開關(guān)、接收側(cè)產(chǎn)品的卓勝微,,其2017-2022年研發(fā)比重基本在10%以下,,直到近兩年才逐步加大投入,這種轉(zhuǎn)變或許與其開始將側(cè)重點從接收側(cè)往發(fā)射側(cè)轉(zhuǎn)移,,從Fabless向IDM模式轉(zhuǎn)移有關(guān),。同樣的,聚焦較單一產(chǎn)品類別的濾波器龍頭廠商村Murata,,其研發(fā)支出占營收的比重也常年保持在7%上下的水平,。

長期以來,海外廠商通過持續(xù)的高研發(fā)投入進行前瞻性的技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā),,搶占射頻前端技術(shù)和產(chǎn)品制高點,。

以 Qorvo 為例,其研發(fā)投入側(cè)重于射頻前端基礎(chǔ)領(lǐng)域的創(chuàng)新,,包括材料,、軟件、半導(dǎo)體工藝技術(shù),、仿真和建模,、系統(tǒng)架構(gòu)、電路設(shè)計,、器件封裝,、模塊集成和測試能力,開發(fā)了多代砷化鎵(“GaAs”),、氮化鎵(“GaN”),、BAW和表面聲波(“SAW”)工藝技術(shù),提高器件性能,,減小芯片尺寸和降低制造成本,。Qorvo還與主要供應(yīng)商合作采購技術(shù),包括用于LNA,、開關(guān)和調(diào)諧器的絕緣體上硅(SOI),、用于放大器和LNA的硅鍺(SiGe),并將這些技術(shù)與專有設(shè)計方法,、知識產(chǎn)權(quán)等相結(jié)合,,以提高性能,增加集成度,,降低產(chǎn)品的尺寸和成本,。除此之外,Qorvo投入重金開發(fā)并驗證先進封裝技術(shù),投資于大規(guī)模模塊組裝和測試能力,,以減小組件尺寸,,提高性能并降低封裝成本,加快將新產(chǎn)品新技術(shù)大量推向市場的速度,。

近年來,,Qorvo推出的RF Fusion20?射頻前端產(chǎn)品系列通過將砷化鎵功率放大器,、先進體聲波(BAW)多路復(fù)用技術(shù)和集成射頻屏蔽技術(shù)結(jié)合起來,,極大地提高了產(chǎn)品的集成度和性能,涵蓋所有主要5G 和 4G 頻段,,提供了完整的,、高度集成的射頻前端解決方案,榮獲 GTI 移動技術(shù)創(chuàng)新突破獎,。該產(chǎn)品系列的關(guān)鍵技術(shù)進步包括接收路徑和低噪聲放大器的集成,,在節(jié)省寶貴的電路板空間的同時,提高了接收性能和連接性,,以及在模塊中采用了 Qorvo 創(chuàng)新的 MicroShield? 射頻屏蔽技術(shù),,將射頻前端組件之間不良相互作用的可能性降至最低,能夠在一整套完整的配置中實現(xiàn)完整的發(fā)射和接收覆蓋,,以匹配不同地區(qū)的市場需求,,使終端客戶能夠簡化開發(fā)過程并加快產(chǎn)品上市時間,已被多家領(lǐng)先的終端客戶廠商采用,。

此外,,Skyworks在 5G 通信技術(shù)興起時,即投入巨額研發(fā)資金用于開發(fā)適用于 5G 基站和終端設(shè)備的高性能射頻前端模塊,。通過不斷的技術(shù)攻關(guān),,成功推出了一系列具有高功率效率、低損耗等特性的產(chǎn)品,,滿足了 5G 網(wǎng)絡(luò)大帶寬,、高速率傳輸?shù)男枨蟆urata 在射頻前端的研發(fā)投入同樣不遺余力,,不斷創(chuàng)新陶瓷材料和制造工藝,,提升射頻器件的性能和集成度,其研發(fā)的多層陶瓷電容器(MLCC)在射頻電路中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,,被眾多電子設(shè)備制造商所采用,。

上述海外廠商前瞻性的研發(fā)投入幫助其在洞察、滿足市場需求方面走在前列,,能第一時間推出終端客戶需要的產(chǎn)品,。

值得注意的是,國內(nèi)射頻廠商盡管研發(fā)投入量級與海外巨頭有很大差距,,但經(jīng)過數(shù)年來的努力和堅定投入,,已有廠商取得了不錯的技術(shù)突破,,如唯捷創(chuàng)芯和昂瑞微在2023年已實現(xiàn)L-PAMiD模組芯片量產(chǎn)出貨,在Tier1手機客戶的旗艦手機中大規(guī)模應(yīng)用,。

持續(xù)的研發(fā)投入保障足夠的技術(shù)積累與產(chǎn)品線的完整性

技術(shù)積累如同企業(yè)發(fā)展的深厚底蘊,,海外廠商憑借幾十年的行業(yè)深耕,積累了豐富的技術(shù)訣竅與研發(fā)經(jīng)驗,。從早期模擬通信時代起步,,歷經(jīng)數(shù)字通信變革,再到如今 5G,、物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展,,他們一路沉淀,對射頻前端各組件技術(shù)理解深刻入微,。

如 Murata在濾波器領(lǐng)域,,憑借多年聲學技術(shù)研究與工藝優(yōu)化,其生產(chǎn)的 SAW 濾波器性能卓越,,在高端智能手機市場占據(jù)主導(dǎo)地位,;Skyworks 歷經(jīng)通信技術(shù)多輪迭代,產(chǎn)品線從最初單一射頻放大器逐步拓展,,如今已涵蓋功率放大器,、濾波器、低噪聲放大器等全系列產(chǎn)品,,能為客戶提供一站式射頻前端解決方案,,滿足不同終端設(shè)備復(fù)雜多樣的需求。

反觀國內(nèi)廠商,,普遍成立僅十年出頭,,雖有少數(shù)企業(yè)在特定領(lǐng)域嶄露頭角,但整體技術(shù)儲備薄弱,,產(chǎn)品線完整性不足,。多數(shù)企業(yè)仍聚焦于個別產(chǎn)品領(lǐng)域,如部分國產(chǎn)廠商僅擅長射頻開關(guān)或低端功率放大器生產(chǎn),,在高端濾波器,、高集成度模組等方面技術(shù)突破困難,難以獨立構(gòu)建完整且高性能的射頻前端產(chǎn)品體系,,在與海外巨頭全方位競爭中處于劣勢,。

國產(chǎn)廠商面臨的兩難困境:一邊是必須增加的研發(fā)投入,一邊是捉襟見肘的盈利能力

海外廠商成立時間久,,經(jīng)過幾十年的技術(shù)和市場積累,,已經(jīng)取得規(guī)模效應(yīng),資源投入成本被充分攤薄,有更強的賺錢效應(yīng),。而國內(nèi)廠商普遍成立時間十年出頭,,在中美貿(mào)易戰(zhàn)打開的口子里找到機會,奮起追趕的時間也就五六年,,在巨頭包圍的情況下展開激烈廝殺,,想要把這場仗打贏,需要長期而持續(xù),、精準而高效的研發(fā)投入,,以產(chǎn)出有競爭力、符合市場需求的芯片產(chǎn)品,。

然而,,一個擺在國產(chǎn)射頻廠商面前的現(xiàn)實情況是,國內(nèi)廠商整體起步晚,,自身積累的家底不夠厚,還處于攻城略地的階段,,需要外部投資來加速追趕外資大廠的進程,。一方面,國產(chǎn)供應(yīng)鏈如晶圓代工也是剛起步,,尚處于發(fā)展初期,,產(chǎn)能有限且工藝穩(wěn)定性有待提升,無法像海外那樣為射頻廠商提供低成本,、高效率的代工服務(wù),,還不足以對射頻廠商的生產(chǎn)制造端提供足夠的助力,短期內(nèi)生產(chǎn)制造成本居高不下,;另一方面,,國產(chǎn)射頻廠商遭到海外成熟廠商的圍追堵截,海外廠商不惜加入價格戰(zhàn)血拼搶市場份額,,即使是過往傳統(tǒng)高利潤的產(chǎn)品線,,在激進的定價策略下也開始紛紛降價,產(chǎn)品短期內(nèi)很難賣得起高價,。例如,,筆者從市場上了解到,Qorvo等海外廠商近兩年在國內(nèi)和海外市場上與國內(nèi)廠商直接競爭,,不惜大幅降價,,以犧牲盈利的代價試圖維持其市場份額。

在這樣的上下游環(huán)境下,,國內(nèi)廠商收入和成本兩端承壓,,這種情況下還要求發(fā)展,持續(xù)投入大量的研發(fā)和市場資源,勢必需要外部資本的加持,。以最近較主流的L-PAMiD Phase 8為例,,此代復(fù)雜模組產(chǎn)品包含了數(shù)個針對不同區(qū)域、功能的版本,,每個版本中又集成了PA,、開關(guān)、濾波器及低噪聲放大器等多個物料,,由GaAs,、SOI、CMOS等不同工藝的晶粒及不同頻段的濾波器組成,。每個晶粒的投片費用都在數(shù)十萬到上百萬,,每個濾波器也有相應(yīng)的開發(fā)費用,加上相應(yīng)的開發(fā),、驗證,、生產(chǎn)夾具、測試設(shè)備等投入,,新一代復(fù)雜模組產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)投入都在億元級別以上,。

筆者大概看了一下幾家主流射頻廠商的凈利率,從2021年到現(xiàn)在,,海外幾家大廠都經(jīng)歷了不同程度的下滑,,國內(nèi)外差距整體在持續(xù)收窄,這或許說明射頻賽道的競爭即將迎來拐點,,國內(nèi)射頻廠商再鉚足勁堅持一段時間即能迎來曙光,,不過在這個過程中想要維持高研發(fā)投入,在激烈的競爭中脫穎而出,,可能仍需要借助外部資本的力量,。某種程度上而言,射頻前端尤其是高集成度復(fù)雜模組這樣一個技術(shù)壁壘高,、開發(fā)周期長,、上游波動大、下游市場變化快的賽道,,高投入是必然的,,從海外巨頭的發(fā)展歷史可見一斑。

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注:2024年數(shù)據(jù)為各家公司披露的最新一期財報數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)來源:Wind數(shù)據(jù)終端

國產(chǎn)崛起,,未來可期

盡管當前國產(chǎn)射頻前端芯片廠商與海外巨頭研發(fā)投入方面存在顯著差距,,但展望未來,前景依然充滿希望,。隨著 5G 通信技術(shù)的深度普及,、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起,,全球?qū)τ谏漕l前端芯片的需求正呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢。據(jù)市場研究機構(gòu)預(yù)測,,到 2025 年,,全球 5G 手機銷量有望突破 10 億部,這將為射頻前端芯片市場注入強勁動力,,帶來前所未有的廣闊商機,。與此同時,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的海量涌現(xiàn),,從智能家居,、智能穿戴到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng),、衛(wèi)星通信等各個領(lǐng)域,,都離不開射頻前端芯片作為無線通信的關(guān)鍵支撐,其市場需求的增長空間幾乎無可限量,。

未來,,射頻前端賽道的競爭將會成為全方位、多維度的綜合競爭,,射頻前端廠商們不僅要打好自己的鐵,,提升盈利能力,也要學會借助資本的力量和市場的力量,,進一步加大研發(fā)投入,持續(xù)增強,、夯實技術(shù)和產(chǎn)品實力,。期待我國射頻廠商全方位崛起、助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)國際地位大幅提升,。

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